Conjugated oligoelectrolytes : key π-conjugated materials towards new applications

Ce travail présente deux volets d’une nouvelle approche de l’élaboration de matériaux pi conjugués dont les propriétés et les applications sont très attractives. Le premier volet est dédié à une étude approfondie de systèmes pi-conjugués oligoélectrolytes. Ces cibles sont des segments conjugués moléculaires parfaitement définis portant des chaînes ioniques les solubilisant dans des milieux protiques. De nombreux composés ont été préparés et caractérisés. Les propriétés des oligoélectrolytes ont été mises en valeur dans deux domaines. En électronique organique, ces composés ont été évalués comme couche interfaciale afin d’améliorer les performances de cellules photovoltaïques organiques (OPV) inverses : des corrélations structures-propriétés ont pu être mises en évidence. La deuxième application concerne notre contribution à l’évaluation de la conduction électronique intramoléculaire au sein d’un système conjugué. L’approche retenue met en jeu des nanomatériaux hybrides essentiellement constitués de nano-bâtonnets d’or (GNRs) et de systèmes pi-conjugués. Nous proposons une voie d’accès à des GNRs de dimensions nanométriques de morphologie et de taille contrôlées ainsi que leur caractérisation. Grâce à leur solubilité dans les milieux protiques, les oligoélectrolytes pi-conjugués, rendus fonctionnels, ont permis de les auto-assembler « end to end ». Cette démarche contribue à une nouvelle approche en électronique moléculaire pour la réalisation de jonctions métalliques de tailles nanométriques. Le deuxième volet concerne l’utilisation de molécules biosourcées d’origine végétale pour préparer des motifs pi conjugués originaux, à conjugaison modulable. A partir de la vanilline, nous avons tenté de préparer des molécules donneur-accepteur dont les caractéristiques visées pourront être des propriétés d’absorption et d’émission, pour des écrans ou de l’éclairage performants ou des propriétés de transport optimisées pour des transistors ambipolaires ou pour l’OPV.In this work, two novel approaches are described for the elaboration of pi-conjugated materials because of their very large field of applications. The first part of this study is dedicated to the synthesis and the evaluation of pi-conjugated oligoelectrolytes. These key targets are perfectly defined pi-conjugated segments, bearing ionic solubilizing chains which bring solubility in protic solvents. Several compounds have been elaborated and characterized. Properties of oligoelectrolytes have been highlighted in two domains. First, in organic electronics, these compounds have been evaluated as interfacial layer in order to improve organic solar cells performances. Structure-properties relationships have been deduced. The other investigated domain concerns our contribution to the evaluation of the intramolecular conductivity in the pi conjugated system. The selected approach consists in making hybrid nanomaterials which are essentially gold nanorods (GNRs) grafted with pi-conjugated systems. Herein is proposed an efficient synthetic route to elaborate nanometric GNRs with a complete control of size and shape. Thanks to a good solubility in protic solvents, functional pi-conjugated oligoélectrolytes, led to “end-to-end” gold nanorods assemblies. This work contributes to a novel approach in molecular electronics for the elaboration of nanometric junction at the nanoscale. The second part of this study, is devoted to the elaboration of original pi-conjugated systems with modulable conjugation from bio-sourced materials. From vanillin, donor-acceptor molecules preparation has been investigated, in order to develop materials exhibiting absorption and emission properties for efficient display or lightning devices and optimizing transport properties for ambipolar organic field effect transistors and organic photovoltaic cells