Étude de matériaux hybrides organique-inorganique photochromiques à base de polyoxomolybdates

Abstract

Un matériau photochromique change de couleur sous excitation lumineuse (UV et visible). Ce comportement, réversible ou non, est bien connu dans de nombreux matériaux organiques (spirooxazines, diaryléthènes, ), ou purement inorganiques (AgX: Cu, TiO2:Fe, MoO3, WO3 ). Depuis quelques dizaines d années, des matériaux hybrides organique-inorganique photochromes voient le jour. Parmi eux, les assemblages de polyoxomolydates avec des cations organoamonium présentent de nombreux avantages. De par la remarquable diversité topologique des anions (0D, 1D ou 2D) et le large choix d alkylamonium, ils conduisent à une chimie structurale riche. La connaissance précise de leur structure cristalline est indispensable pour comprendre le mécanisme du photochromisme. Lors de la synthèse, les alkylamonium agissent non seulement comme contre-cations structurants mais ils orientent également la condensation inorganique. Nous montrons comment le pH, la concentration, le rapport cation/anion ainsi que la température sont autant de paramètres déterminants pour la synthèse de ces composés. Par ailleurs, grâce à des études comparatives du comportement optique de nos composés, nous avons pu mettre en avant des clés du contrôle du photochromisme. En effet, la couleur est directement liée à la topologie de la partie minérale, tandis que la vitesse de coloration est fortement influencée par la nature du cation organique. L interface est également primordiale puisque la présence de liaisons hydrogène entre les cations et les anions est une condition nécessaire au photochromisme. Les tendances décrites permettent d accorder le photochromisme de ce type de composés à façon.Investigations on photochromic materials, compounds that undergo a significant color change upon UV-vis irradiation, have been extensive over the last century. This stems from their potential application as ophtalmic lenses, printing, cosmetics, switches and sensors, optical data storage While pure organic and inorganic photochromic materials have been known for a long time, hybrid organic-inorganic materials receive much attention only recently. Hybrid organic-inorganic materials based on structurally well-defined polyoxomolybdates (Mo-POMs) and organoammonium cations are potential photochromic materials, when the building blocks are linked via hydrogen bonds interaction. These compounds exhibit a high degree of organization, which favors the characterization of the organic-inorganic interface. The topological versatility of both organoammonium cations and Mo-POMs blocks enables a large range of original hybrid self-assembled frameworks with tunable dimensionality and photochromic properties. Namely, the mineral entity can be designed by playing with the nature of the countercation, the pH, the temperature, the cation/molybdate ratio, , as we discuss for the HDBU+, H2DABCO2+ and H2pipz2+ containing systems. Moreover, we evidence that the photogenerated color of the material strongly depends on the inorganic anions, while the kinetics of the coloration change is influenced by the nature of the organoammonium cation. The topology of the hydrogen-bond subnetwork will determine the material ability to transit towards a photogenerated state under illuminationNANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF