Nanomatériaux luminescents hybrides de classe II : stabiliser et contrôler des complexes de chrome(III) et de cuivre(I) au sein de la silice // Class II hybrid luminescent nanomaterials: stabilizing and controlling chromium (III) and copper (I) complexes

Les matériaux luminescents avancés suscitent un intérêt croissant pour des applications telles que le marquage sécurisé, la détection optique, la photonique... Les complexes moléculaires luminescents isolés présentent des propriétés contrôlables par leur synthèse, mais ils souffrent souvent de plusieurs limitations : ils possèdent une stabilité limitée sous stress photonique, sont sensibles au dioxygène, et ils voient leurs performances diminuer en milieu condensé en raison de phénomènes d'agrégation. L'intégration de luminophores au sein de matrices inorganiques constitue une stratégie prometteuse pour améliorer leur robustesse et contrôler leur environnement local.

Cette thèse vise à développer une nouvelle famille de nanomatériaux hybrides luminescents de classe II, reposant sur l'ancrage covalent de complexes métalliques au sein d'une matrice de silice. Cette architecture permet de combiner la robustesse chimique et structurale de la silice avec les propriétés photophysiques de complexes organométalliques ou de coordination.

Le projet se concentre sur deux types de luminophores. Le premier concerne des complexes de chrome(III) présentant une émission dans le proche infrarouge, dont l'efficacité dépend fortement de leur environnement de coordination et de leur protection vis-à-vis de l'oxygène. Leur immobilisation covalente dans une matrice de silice devrait permettre de stabiliser leur émission et d'étudier leur comportement photophysique dans un environnement contrôlé. Le second axe porte sur des complexes de cuivre(I) à base de carbènes N-hétérocycliques, développés au laboratoire et connus pour leur photoluminescence robuste et leur bonne stabilité chimique.

La démarche expérimentale reposera sur la synthèse de complexes fonctionnalisés permettant leur ancrage par chimie « click » dans la matrice de silice. Les nanoparticules hybrides seront élaborées par des approches sol-gel ou de nanostructuration douce permettant de contrôler leur taille et la distribution des luminophores. Les matériaux obtenus seront caractérisés par différentes techniques spectroscopiques, structurales et microscopiques afin de corréler leur organisation avec leurs propriétés optiques.

Les nanoparticules développées seront ensuite évaluées dans différents milieux fonctionnels (par exemple : encres, revêtements ou matrices polymères) afin d'étudier leur stabilité, leur dispersibilité et leurs performances optiques. Ce projet vise ainsi à établir une nouvelle stratégie d'intégration de luminophores moléculaires dans des nanomatériaux hybrides robustes, ouvrant des perspectives pour des applications en marquage sécurisé, photonique et détection optique.
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Advanced luminescent materials are attracting growing interest for applications such as secure marking, optical detection, photonics, etc. Isolated luminescent molecular complexes have properties that can be controlled through synthesis, but they often suffer from several limitations: they have limited stability under photonic stress, are sensitive to oxygen, and their performance decreases in condensed environments due to aggregation phenomena. The integration of phosphors into inorganic matrices is a promising strategy for improving their robustness and controlling their local environment.

This thesis aims to develop a new family of class II luminescent hybrid nanomaterials based on the covalent anchoring of metal complexes within a silica matrix. This architecture combines the chemical and structural robustness of silica with the photophysical properties of organometallic or coordination complexes.

The project focuses on two types of phosphors. The first concerns chromium(III) complexes that emit in the near infrared, whose efficiency depends heavily on their coordination environment and their protection from oxygen. Their covalent immobilization in a silica matrix should stabilize their emission and enable their photophysical behavior to be studied in a controlled environment. The second area focuses on copper(I) complexes based on N-heterocyclic carbenes, developed in the laboratory and known for their robust photoluminescence and good chemical stability.

The experimental approach will be based on the synthesis of functionalized complexes that can be anchored in the silica matrix using “click” chemistry. The hybrid nanoparticles will be developed using sol-gel or soft nanostructuring approaches to control their size and the distribution of the phosphors. The materials obtained will be characterized using various spectroscopic, structural, and microscopic techniques in order to correlate their organization with their optical properties.

The nanoparticles developed will then be evaluated in various functional environments (e.g., inks, coatings, or polymer matrices) to study their stability, dispersibility, and optical performance. This project thus aims to establish a new strategy for integrating molecular phosphors into robust hybrid nanomaterials, opening up prospects for applications in secure marking, photonics, and optical detection.
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Début de la thèse : 01/10/2026

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

Concours pour un contrat doctoral

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

Le candidat ou la candidate recherché(e) doit présenter une formation solide en chimie, au niveau Master 2 ou d'ingénieur, avec une spécialisation en chimie inorganique et/ou chimie des matériaux, Une bonne connaissance des méthodes de synthèse de ligands et de complexes métalliques et, de la chimie sol gel ou de la préparation de matériaux hybrides constituera un atout important. Des compétences en spectroscopie (UV Visible, photoluminescence, IR, RMN), en caractérisation structurale et en analyse des propriétés optiques seront appréciées, de même qu'un intérêt pour la compréhension des relations structure propriété. Le ou la futur(e) doctorant(e) devra faire preuve de rigueur expérimentale, de curiosité scientifique et d'une forte motivation pour travailler à l'interface entre chimie moléculaire et science des matériaux, ainsi que pour se former dans tous les domaines liés à cette thèse. Les candidatures avec un manque partiel de compétences initiales, mais une motivation avérée seront considérées. L'envie de s'investir pleinement dans un projet de recherche ambitieux, associant synthèse moléculaire, élaboration de matériaux hybrides et étude de propriétés optiques avancées, est un critère déterminant pour la réussite dans cette thèse.
The ideal candidate will have a solid background in chemistry, at the Master's or engineering level, with a specialization in inorganic chemistry and/or materials chemistry. A good knowledge of ligand and metal complex synthesis methods, sol-gel chemistry, or hybrid materials preparation would be a significant advantage. Skills in spectroscopy (UV Visible, photoluminescence, IR, NMR), structural characterization, and optical property analysis are desirable, as is an interest in understanding structure-property relationships. The future doctoral student must demonstrate experimental rigor, scientific curiosity, and strong motivation to work at the interface between molecular chemistry and materials science, as well as to train in all areas related to this thesis. Applications with a partial lack of initial skills but proven motivation will be considered. The desire to fully invest in an ambitious research project combining molecular synthesis, the development of hybrid materials, and the study of advanced optical properties is a determining factor for success in this thesis.