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Systèmes antennes bio-inspirés / Bio-inspired antenna systems

Photocellules et PLEDs / Photocells and PLEDS

Polymères de coordination photoniques / Photonic coordination polymers

Polymères conjugués bio-inspirés / Bio-inspired conjugated polymers

Conception des nouveau colorants pour l'application dans DSSCs / Development of new dyes for application in DCCS's
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Ce programme concerne l'étude de l'effet antenne, le transfert d'énergie et la délocalisation de l'excitation entre des sites donneur-accepteur et des chromophores identiques en relation avec les photosystèmes I et II des plantes et des bactéries photosynthétiques. Par exemple, les vitesses de transfert d'énergie sont dépendantes de la nature de l'espaceur à distances similaires. En effet, en absence de conjugaison entre l'espaceur et le donneur la vitesse est soit rapide (a) soit lente (b) en fonction de la conjuguaison de l'espaceur. Ce comportement met en lumière un rôle supplémentaire des caroténoïdes dans les photosystèmes. En effet, ils jouent le rôle de relai malgré leur niveaux d'énergie à l'état excité plus élevé. Nous étudions les effets du nombre de générations et des distances moyennes dans les dendrimères (mimiques des antennes des plantes) et les polymères linéaires (mimiques des antennes des chlorosomes des bactéries photosynthétiques vertes). Les processus de délocalisation rapide de l'excitation lumineuse, appelés migration de l’énergie d’excitation, sont rapides, et font aussi partie de ce programme de recherche.

This research program consists of the study of the antenna effect, the transfer of energy and the delocalisation of the excitation energy over donor-acceptor sites as well as identical chromophores as seen in photosystems I and II in plants and photosynthetic bacteria. For example, the rates of energy transfer are dependent on the nature of the spacer at similar distances.  In fact, in the absence of conjugation between the spacer and the donor, the rate is either fast or slow depending on if the spacer itself is conjugated or not.  This behaviour brings to light a supplementary role of the carotenoids found in the photosystems.  In fact, they serve as energy relays despite their higher excited state energy levels.  We are currently studying the effects of the average distance and number in dendrimers (mimics plant antennas) and linear polymers (mimic antennae chlorosomes of green photobacteria). The process of rapid delocalisation of the luminous excitation energy is rapid and is also a part of this research program. 

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Ce programme de recherche vise à utiliser des polymères organométalliques conjugués pouvant trouver des applications à la fois dans les photocellules plastiques et/ou les diodes émettrices de lumière (LED). Les polymères ont la structure générale (trans-Pt(PR3)2(CCAr)2G)n (Ar = aromatique, G = groupe conjugué ou rien, R = alcane). Par exemple, nous examinons les porphyrines (G = métalloporphyrine; Ar = rien, C6H4 ou thiophene) et des quinones diimines ou des para-diaminobenzènes substitués (G = quinones diimine, para-diaminobenzène; Ar = C6H4). Dans ces derniers cas, des polymères rappelant le polyaniline sont conçus. D'autres groupes G et aromatiques Ar sont aussi investigués. La présence de l’atome lourd platine favorise le croisement inter-système et procure ainsi une opportunité de préparer des PLED blanches (white PLED) lorsque l'aromatique utilisé est fortement fluorescent et peu phosphorescent comme pour l'exemple montré ci-dessous.

This research program aims to use conjugated organometallic polymers for applications in plastic photocells and/or light emitting diodes (LED’s).  The polymers are of the general formula (trans-Pt(PR3)2(CCAr)2G)n (Ar = aromatic group, G = conjugated group or nothing, R = alkyl group).  For example, we are examining porphyrins (G = metalloporphyrin; Ar = nothing, benzene or thiophene) and quinone diimines or para-diaminobenzene substituants (G = quinone diimine, para-diaminobenzene; Ar = benzene).  In the last cases, the polymers bearing strong resemblance to polyaniline are obtained.  Other aromatic groups G and Ar are also being investigated.  The presence of the heavy atom platinum favours intersystem crossing thus making it possible to prepare white PLED when the aromatic used is strongly fluorescent and weakly phosphorescent as in the example shown above. 

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Ce programme de recherche vise la conception de polymères 1D de coordination à base de Cu+ et Ag+ et de ligands N-, P-, S- et CN-donneurs montrant des propriétés photoniques reliées à la structure unidimensionnelle. En effet, les propriétés spectrales et photophysiques peuvent être influencées par la nature de la polymérisation. Par exemple, l'unité [Cu2I2] est luminescente dans le polymère avec deux bandes d'émission de transfert de charges centrées à 378 nm et 535 nm alors que [Cu2I2(tétrahydrothiophene)4] émet à 605 nm. Le polymère b, {[Ag2(PPhPy2)2Cl]+}n, émet à 500 nm d'un état excité triplet localisé dans une unité [Ag2(PPhPPy2)2]2+. Ceci est diffèrent des propriétés du polymère c, {[Ag(diisocyano-p-menthane)2]+}n où un phénomène excitonique est présent.

This research program aims at the conception of 1D coordination polymers based on Cu+ and Ag+ coupled with donor ligands base on N-, P-, S- and CN- which show photonic properties related to the unidimensional structure with respect to the unit.  In fact, the spectral and photophysical properties can be influenced by the nature of the polymerisation. For example, the [Cu2I2] unit is luminescent in a polymer showing two charge transfer emission bands centered at 378nm and 535nm whereas [Cu2I2(tetrahydrothiophene)4] emits at 605nm.  The polymer b, {[Ag2(PPhPy2)2Cl]+}n emits at 500nm from a triplet state that is localised in the [Ag2(PPhPy2)2Cl]+ unit.  This is different from polymer c, {[Ag(diisocyano-p-methane)2]+}n where an excitonic phenomenon is noted.  

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Ce programme de recherche vise à construire des polymères conjugués bio-inspirés ayant des applications dans les cellules photovoltaïques.  Ainsi, l’objectif est d’incorporer des porphyrines dans des chaines polymériques conjuguées.  Les porphyrines sont des macrocycles conjugués qui possèdent une structure très similaire à la chlorophylle (trouvée dans les plantes) et de la bactériochlorophylle (trouvée dans des bactéries photosynthétiques).  Les chlorophylles sont les pigments responsables de l’absorption de l’énergie solaire et sa transmission dans le système photosynthétique.  Le fait que la porphyrine possède une structure similaire à la chlorophylle induit des propriétés spectroscopiques et photophysiques comparables. Les porphyrines sont capables d’absorber l’énergie lumineuse dans une gamme allant de 400 à 650nm avec une bonne absorptivité. Afin d’agrandir la gamme d’absorption, notamment vers des longueurs d’onde plus élevées, nous couplons la porphyrine généralement riche en électrons avec une autre molécule pauvre en électrons. Ceci peut produire une nouvelle bande d’absorption dans le rouge qu’on appelle une bande de transfert de charge. L’objective est de créer un polymère qui absorbe le plus de photons possibles provenant du soleil afin de créer des cellules photovoltaïques plus performantes (meilleur rendement énergétique).

This research program aims to construct conjugated bio-inspired polymers for application in photovoltaic cells.  Therefore, the objective is to incorporate porphyrin into the conjugated polymer chain. Porphyrins are conjugated macrocycles that possess a structure that is very similar to that of chlorophyll (found in plants) and bacteriochlorophyll (found in photosynthetic bacteria). Chlorophylls are the pigments that are responsible for the absorption of solar energy and the transmission of that energy within the photosynthetic system.  The fact that porphyrin possess a similar structure to that of chlorophyll induces comparable spectroscopic and photophysical properties. Porphyrins are capable of absorbing light energy between 400 and 650nm with a good efficiency.  In order to absorb the solar energy in the red region we couple the porphyrin which is generally electron rich with another molecule that is electron poor. This could then induce a new absorption band in the red, called a charge transfer.  The objective is to create a polymer that is capable of absorbing the most light energy from the sun as possible in order to then make a photovoltaic cell with a better energy yield.

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Ce programme a pour objectif la conception de nouveaux colorants pour l’application dans les DSSCs (Dye Sensitized Solar Cells). En couplant des composés donneurs d’électrons avec des composés attracteurs d’électrons, on induit un mécanisme de type « Push-Pull ». Ce mécanisme améliore la densité de courant de court-circuit par une meilleure absorption de la lumière dans les régions du rouge et du proche infrarouge du spectre électromagnétique.  A l'heure actuelle, le groupe travaille sur la conception de colorants basés sur les tétrabenzoporphyrines et les phthalocyanines, ainsi que sur les clusters [Pd3(dppm)3(CO)]2+. En effet, le  cluster Pd3(dppm)3(CO)]2+ est un modèle soluble du TiO­2 dans les DSSCs qui nous permet d’étudier le processus de transfert d’électrons entre le colorant et l’accepteur d’électrons en solution, ce pas possible avec le TiO2.
The research program aims to develop new dyes for application in DSSC (Dye Sensitized Solar Cells).  By coupling and electron donating group with an electron withdrawing group we can take advantage of the “Push-Pull” mechanism thereby improving the density of the short-circuit current by improving the absorption in the red and near infrared regions of the electromagnetic spectrum.  Currently, we are working on the development of dyes based on tetrabenzoporphyrin and phthalocyanin.  Our research also employs the use of the [Pd3(dppm)3(CO)]2+ cluster which serves as an electron acceptor. In fact, the [Pd3(dppm)3(CO)]2+ cluster is a soluble model for the TiO­2 that is found in DSSC’s which allows us to study the electron transfer process between the dye and the electron acceptor in solution, which is not possible with TiO2.
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