Les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux, également appelés quantum dots (QD) ou boîtes quantiques, ont été découverts il y a environ 40 ans, découverte qui a donné lieu au prix Nobel de chimie 2023. Ils suscite un intérêt considérable en raison de leurs propriétés optiques et électroniques uniques qui dépendent de leur taille. En particulier, leur bande interdite peut être simplement modifiée en ajustant leur taille grâce à ce que l'on appelle l'effet de confinement quantique. Cet effet se produit pour de nombreux semi-conducteurs lorsqu'au moins une de leurs dimensions est réduite à quelques nanomètres. La plupart des recherches ont été menées sur des QD à base de cadmium et de plomb (CdSe, PbS, etc.), qui couvrent la gamme spectrale du visible et du proche infrarouge et peuvent être facilement synthétisés. Cependant, en raison de la toxicité de ces composés, leur utilisation dans des applications réelles est fortement limitée. Notre équipe se concentre sur le développement de QDs exempts de métaux lourds toxiques et respectueux de l'environnement, tels que les matériaux semi-conducteurs III-V (InP, InSb), qui ont un fort potentiel d'utilisation dans les applications biomédicales, la conversion d'énergie, la photocatalyse et l'optoélectronique.
Dans ce projet, nous voulons développer des méthodes de synthèse pour des QDs III-V de taille et de forme contrôlées, d'abord en batch puis en flux continu. La synthèse en flux continu présente des nombreux avantages par rapport à la synthèse conventionnelle par batch en raison de l'amélioration du transfert de masse et de chaleur dans les réacteurs tubulaires de petit diamètre et de la reproductibilité plus élevée dans les processus entièrement automatisés. La chimie de surface des QDs obtenus est un paramètre clé qui régit leur stabilité chimique et leur processabilité, le rendement quantique de la photoluminescence (PLQY), la photo-stabilité et les propriétés de transport électronique. Par conséquent, une fonctionnalisation de surface appropriée est nécessaire pour pratiquement tous les types d'applications des QDs, y compris la photocatalyse, les photodétecteurs, les LED et l'imagerie/détection biologique. Ici, nous développerons des méthodes pour la croissance contrôlée avec précision de différents types de coquilles inorganiques pour la passivation des QDs, en particulier les chalcogénures métalliques (ZnS, ZnSe) et les matériaux de type céramique (par exemple, Al2O3, TiO2, et ZrO2) ainsi que des combinaisons de ceux-ci. La caractérisation des propriétés optiques et structurelles sera effectuée à l'aide de la spectroscopie UV-vis et de la photoluminescence (PL), de mesures de PL résolues dans le temps et du PLQY, des spectroscopies Raman, RMN et FTIR, de la diffraction des rayons X, de l'analyse élémentaire et de la microscopie électronique.
Dans la deuxième partie du projet, le potentiel des QDs obtenus pour une utilisation dans les photo-détecteurs proches infrarouges ainsi que pour la réduction photocatalytique du CO2 sera évalué.