Vers des Hydrogels Supramoléculaires Electro-stimulables // Towards Electron-Responsive Supramolecular HydroGels

Résumé : Ce projet multidisciplinaire s'attaque à de nouveaux défis de la chimie supramoléculaire en visant le développement de matériaux mous auto-assemblés stimulables. L'objectif principal est de développer une approche rationnelle vers des assemblages supramoléculaires capables de réaliser des transitions sol/gel réversibles en réponse à des stimuli optiques ou électriques. Une part importante des travaux proposés portera sur la synthèse de molécules organiques redox/photoactives capables de s'auto-assembler en solution pour former des réseaux dynamiques constituant des gels. Une autre partie portera sur la caracterisation des assemblages et des gels et sur l'étude de leurs réponses à des stimulations de nature optique ou électrique.
Description détaillée: Les gels possèdent des propriétés fascinantes qui se sont révélées utiles dans de nombreuses applications. En termes simples, les gels peuvent être considérés comme des matériaux souples constitués d'une grande quantité de solvant emprisonnée au sein d'un réseau moléculaire. Dans les gels supramoléculaires, ces réseaux résultent d'interactions non covalentes entre de petites molécules organiques appelées gélifiants. Grâce à ces réseaux dynamiques composés de liaisons faibles, les gels supramoléculaires sont des matériaux souples hautement évolutifs, dotés de propriétés de réparation et d'auto-adaptation. De tels assemblages sont également parfaitement adaptés au développement de gels stimulables, capables de subir des changements drastiques de forme, d'apparence, de propriétés rhéologiques ou une transition de phase sol/gel en réponse à des stimuli externes. Cette réactivité aux stimuli est particulièrement utile en catalyse ou pour le développement de capteurs, de dispositifs de mémoire ou encore pour l'élimination des polluants.
Ce projet vise à relever deux défis dans le domaine des gels supramoléculaires stimulables qui s'appuient sur les observations suivantes: i) la plupart des gels supramoléculaires rapportés dans la littérature résultent de découvertes fortuites, faute de contrôle et d'anticipation des événements moléculaires impliqués dans les processus d'auto-assemblage; ii) la réponse des gels au transfert d'électrons demeure largement inexplorée, bien qu'essentielle à l'intégration de tels matériaux dans les dispositifs électroniques.
Nous nous attacherons donc à combler ces lacunes par le développement de réseaux supramoléculaires auto-assemblés conçus sur mesure et dont la structure peut être contrôlée par transfert d'électrons déclenché chimiquement, photochimiquement ou électrochimiquement.
Ce projet tire parti de l'expertise complémentaire et des récents travaux du laboratoire d'accueil dans le domaine des molécules et matériaux électro-stimulables, ainsi que dans la formulation et la caractérisation des gels.
La méthodologie proposée vise à relever les défis suivants:
– Concevoir des briques moléculaires capables de s'auto-assembler en réseaux 3D amorphes dynamiques formant des gels;
– Maîtriser le processus d'assemblage-désassemblage par un transfert d'électrons, permettant ainsi le déclenchement à distance de l'effondrement et de la régénération du réseau (sol-gel) sous l'effet de stimuli (chimiques, optiques ou électriques);
– Réaliser des caractérisations temporelles des transitions sol-gel ciblées à l'aide de cellules de mesure spectrorhéologiques et électrochimiques dédiées.
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Summary : The main objective of this project is to develop a rational approach towards supramolecular assemblies capable of achieving reversible sol/gel transitions in response to optical or electrical stimuli. This multidisciplinary project addresses new challenges in supramolecular chemistry by targeting the development of responsive self-assembled soft materials. An important part of the proposed work will deal with the synthesis of tailor-made Redox/Photo-active organic molecules capable of self-assembling in solution to yield dynamic networks forming gels.
Detailed description: Gels have fascinating properties which have proved useful in a multitude of applications. Put simply, gels can be regarded as soft materials made of a large amount of solvent trapped within a molecular network. In supramolecular gels, the networks result from non-covalent interactions between small organic molecules called gelators. Thanks to these dynamic networks made up of weak bonds, supramolecular gels are highly evolutive soft materials endowed with repairability, scalability and self-adaptation properties. Such assemblies are also ideally suited to the development of stimuli-responsive gels capable of achieving drastic changes in shape, appearance, rheological properties or of undergoing a sol/gel phase transition in response to external stimuli. Such responsiveness to stimulation has for instance proved useful in catalysis or to the development of sensors, memory devices or for pollutant removal.
This project aims at addressing two challenges in the field of responsive hydrogels in line with the observations that i) Most stimuli-responsive behaviors reported so far in the literature come from serendipitous findings due to a lack of control and anticipation over the molecular events involved in the self-assembly processes and that ii) Responsiveness to electron transfer remains almost unexplored, despite being essential to ensure implementation of such materials in electronic devices. We will seek to fill those gaps with the development of carefully designed, tailor-made amorphous self-assembled supramolecular networks whose structure can be controlled by electron transfer triggered either chemically, photochemically or electrochemically.
This project builds on the complementary expertise and on recent achievements of the hosting laboratory in the field of redox‐responsive molecules and materials and in gel formulation and characterization.
The proposed methodology will address the following challenges:
‐Devising easy‐to‐make molecular building blocks capable of self‐assembling into dynamic 3D‐amorphous networks forming gels;
‐Achieving a redox control over the assembly‐disassembly process to allow a remote triggering of the collapse and revival of the network (sol-gel) under application of stimuli (chemical/optical/electrical);
‐Achieving time resolved characterizations of the targeted redox‐triggered sol/gel transitions using dedicated home‐made spectro‐rheological‐electrochemical measurement cells.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://www.ens-lyon.fr/CHIMIE/laboratory/directory/bucher-christophe

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

ENS de Lyon

206 Chimie de Lyon

Ce projet hautement multidisciplinaire se situe à l'interface de la chimie supramoléculaire, de la synthèse organique et de la chimie physique. Une part importante du travail expérimental sera consacrée à la conception, la synthèse et la caractérisation de nouvelles molécules organiques nécessaires à la formation des assemblages et des gels supramoléculaires visés. Ces assemblages et matériaux, ainsi que leurs réponses à la stimulation, seront ensuite caractérisés à l'aide d'un large éventail de techniques physico-chimiques couplées. Le/la candidat(e) idéal(e) possédera donc une formation multidisciplinaire et une solide expertise (ou un intérêt marqué) pour la chimie organique. Une formation en chimie physique sera assurée par les directeurs de recherche.
This highly multidisciplinary project lies at the interface of supramolecular chemistry, organic synthesis, and physical chemistry. A significant part of the experimental work will focus on the design, synthesis, and characterization of new organic molecules required for the formation of targeted self-assembled networks ang gels. These assemblies and materials, as well as their responses to stimulation, will then be characterized using a wide range of coupled techniques. The applicant will thus ideally have a multidisciplinary background with good expertise in (or taste for) organic chemistry. Physical chemistry training will be provided by the project supervisors.