• Langue : Français
• Discipline : Chimie des matériaux
• Identifiant : 2025ULILR072
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 08/07/2025

Résumé en langue originale

Les « Covalent Organic Frameworks » (COF) constituent une classe émergente de matériaux organiques cristallins, caractérisés par une porosité ajustable et une structure périodique sur plusieurs dimensions. Leur formation repose sur des liaisons covalentes établies par des réactions de condensation entre des précurseurs moléculaires — également appelés briques de construction — selon les principes de la chimie réticulaire. Aucune autre stratégie de polymérisation multidimensionnelle ne permet aujourd'hui de prédire et d'ajuster la structure du réseau à un tel niveau. Cependant, les COF souffrent de limitations significatives : ils sont par nature réticulés, insolubles ou peu dispersables en solution et souvent produits sous forme de poudres ou de films polycristallins. Bien que de nombreux efforts aient été consacrés à la conception des propriétés chimiques et/ou physiques de ces matériaux par le choix judicieux de leurs briques de construction, ce n'est que récemment que l'importance de leur mise en forme a été véritablement reconnue. C'est dans ce cadre que nous avons développé et étudié une nouvelle classe de matériaux hybrides, résultant de l'association entre les COF et la chimie macromoléculaire. Dans ce contexte, nous avons développé et étudié une nouvelle classe de matériaux hybrides en combinant les COF et la chimie macromoléculaire. Des polymères terminés par des fonctions réactives adaptées ont été utilisés, en présence de briques de construction, pour contribuer à la formation de particules hybrides COF-polymères. Ainsi, les polymères ont permis d'orienter la croissance et l'organisation des cristallites vers l'obtention de particules avec une porosité orientée sur de longues distances. Cette approche nous a permis de créer et de contrôler la taille de nos particules hybrides à travers différentes échelles ainsi que la morphologie des particules (sphères et sphères creuses). De plus, la présence de polymères permet d'améliorer la cristallinité, tandis que les particules obtenues peuvent être isolées, stockées et facilement remises en suspension. Une telle approche a ouvert la voie à la conception de matériaux macroscopiques aux propriétés modulables pour des applications dans différents domaines.

Résumé traduit

Covalent Organic Frameworks (COFs) are an emerging class of crystalline organic materials characterized by a tunable porosity and a periodic structure extending in several dimensions. Their formation relies on covalent bonds created through condensation reactions between molecular precursors — also known as building blocks — according to the principles of reticular chemistry. No other multidimensional polymerization strategy currently allows such a high level of structural predictability and tunability. However, COFs face significant limitations: they are inherently crosslinked, insoluble or poorly dispersible in solution, and are often produced as powders or polycrystalline films. While extensive efforts have been made to tailor the chemical and/or physical properties of these materials through the careful selection of building blocks, the importance of COF processability has only recently emerged. In this context, we have developed and investigated a new class of hybrid materials by combining COFs with macromolecular chemistry. Reactive end-functionalized polymers were used, in the presence of COF building blocks, to assist in the formation of COF-polymer hybrid particles. These polymers manipulated the growth and organization of crystallites, leading to particles with long-range oriented porosity. This approach enabled us to control both the size and the morphology of the hybrid particles (solid and hollow spheres) across different length scales. Furthermore, the presence of polymers improved the crystallinity of the materials and the resulting particles were able to be isolated, stored, and easily redispersed. This strategy has paved the way for the design of macroscopic materials with tunable properties for applications in various fields.