Ce cours décrit les stratégies de synthèse de matériaux hybrides basées sur l’assemblage de nano-objets monodisperses préformés. Ces briques hybrides comportent un cœur minéral et des fonctions de surface organiques. Les propriétés du cœur (optique, électrique, magnétique, mécanique...) pourront être associées aux fonctions organiques externes qui contribueront à une meilleure solubilisation, à un meilleur transfert dans des milieux polymères, à l’assemblage de l’édifice hybride, au ciblage, etc.
Ces stratégies basées sur un codage de plus en plus précis sont en train de donner naissance à une « chimie vectorielle » assemblant des édifices variés (nanoparticules, clusters, nanocomposites hybrides) dans des architectures hiérarchisées et fonctionnelles de plus en plus complexes qui ouvriront sans aucun doute un jour la porte à des matériaux hybrides commerciaux encore plus originaux, entièrement recyclables, autoréparables et peut-être autoréplicables !
Aujourd’hui, ces nano-objets restent pour la plupart des curiosités du domaine académique. Ils peuvent être des clusters ou des nanoparticules (oxydes métalliques, métaux et alliages, chalcogénures), des nanoparticules composites de type cœur-écorce, des nano-feuillets de composés lamellaires (argiles, hydroxydes doubles, phosphates, oxydes et chalcogénures lamellaires). Ces petites entités de compositions variées sont très souvent pré- ou post-hybridés par des composantes organiques fixées à leur surface afin d’assurer de meilleures stabilités et possibilités de transfert dans leur milieu d’usage (solvants aqueux ou non aqueux, polymères, etc.). Ces nanobriques peuvent être fonctionnalisées en surface par des ligands polymérisables, des espaceurs organiques, des molécules ou des polymères téléchéliques, des dendrimères fonctionnels, des biomolécules etc. nous illustrons au cours de cet exposé différentes stratégies et exemples utilisant des objets préformés hybrides très divers (polyoligosilsequioxanes, polyoxométallates anioniques (W, Mo), polyoxométallates cationiques (Sn), polyoxométallates neutres (Ti, Zr, Mn), nanométaux, nanoparticules d’oxydes ou de fluorures métalliques) qui ouvrent la voie à une véritable « légochimie » permettant « de construire sur mesure » des matériaux ou des assemblées hybrides possédant des propriétés optiques, magnétiques, catalytiques très intéressantes. En particulier, les avantages et les inconvénients de ces approches utilisant des nano-briques hybrides préformées sont discutés. L’élaboration du matériau étape par étape permet un meilleur contrôle de sa structure à l’échelle semi-locale. L’objet préfabriqué présente souvent une réactivité moindre par rapport à celle des précurseurs moléculaires, la composante inorganique est nanométrique et relativement monodisperse en taille, ce qui permet l’élaboration de structures mieux définies qui facilitent la caractérisation et le contrôle de la qualité du matériau final. Ces petites entités de compositions variées doivent être stables dans les conditions chimiques imposées par l’étape d’assemblage. Une discussion sur la stabilité de l’objet nanométrique (cluster ou nanoparticule) et sur la dynamique de ses constituants est également développée. Nous insistons sur la nécessité d’avoir une parfaite connaissance de la réactivité chimique des nano-objets précurseurs ainsi que de leur chimie de surface afin que l’objet sélectionné puisse devenir une véritable pièce de Lego®, stable dans les conditions d’usage, et fonctionnalisable « sur mesure », à partir de laquelle on peut construire des édifices plus complexes, des matériaux hybrides nouveaux, nombreux et variés.
