Transport efficace de l'énergie par le biais de structures organiques covalentes
Nouvelles perspectives de développement de matériaux organiques durables pour la photocatalyse et l'optoélectronique
Au cœur de l'étude, qui a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society, nous trouvons des films minces COF de matériaux poreux hautement cristallins. Grâce à l'utilisation de techniques spatio-temporelles de pointe telles que la microscopie à photoluminescence et la spectroscopie térahertz en conjonction avec des simulations théoriques, l'équipe a révélé des coefficients de diffusion remarquablement élevés et des longueurs de diffusion de plusieurs centaines de nanomètres. "Ainsi, ces films minces dépassent considérablement les capacités connues de transport d'énergie de matériaux organiques similaires", souligne Laura Spies, candidate au doctorat à la chaire de chimie physique et de nanomatériaux fonctionnels de l'Université de Louvain et co-auteur principal. "Le transport d'énergie fonctionne exceptionnellement bien, même à travers des défauts structurels tels que les joints de grains", ajoute Alexander Biewald, ancien candidat au doctorat dans le groupe de chimie physique et de nanooptique et deuxième coauteur principal de l'étude.
De nouvelles perspectives pour le développement de matériaux organiques durables
Les analyses de température ont permis de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents. "Les résultats indiquent que des processus de transport cohérents et incohérents sont en jeu", explique le professeur Frank Ortmann, coauteur de l'étude. Il y a cohérence lorsque les ondes de mouvement se produisent de manière ordonnée, sans perturbation sur de longues distances, ce qui permet un transfert d'énergie rapide et à faible perte. Les processus incohérents, en revanche, sont caractérisés par des mouvements désordonnés et aléatoires, qui nécessitent une activation thermique et sont souvent moins efficaces. Ces découvertes contribuent de manière significative à notre compréhension du transport d'énergie dans les COFs et montrent comment la structure moléculaire et l'organisation dans le cristal peuvent affecter ces processus.
"Notre travail souligne à quel point la coopération interdisciplinaire et internationale de chercheurs spécialisés dans la synthèse, l'analyse expérimentale et la modélisation théorique - rendue possible par la conversion électronique - est vitale pour le succès de telles études", déclarent les auteurs correspondants de l'étude, les professeurs Achim Hartschuh et Thomas Bein. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de matériaux organiques durables dans les domaines de la photocatalyse et de l'optoélectronique, comme la photovoltaïque.
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Publication originale
Laura Spies, Alexander Biewald, Laura Fuchs, Konrad Merkel, Marcello Righetto, Zehua Xu, Roman Guntermann, Rik Hooijer, Laura M. Herz, Frank Ortmann, Jenny Schneider, Thomas Bein, Achim Hartschuh; "Spatiotemporal Spectroscopy of Fast Excited-State Diffusion in 2D Covalent Organic Framework Thin Films"; Journal of the American Chemical Society, 2025-1-2