Réinventer la production de points quantiques grâce à la chimie en flux et aux technologies durables

Dans un contexte où la demande en matériaux innovants ne cesse de croître, notamment pour répondre aux enjeux technologiques et environnementaux actuels, la recherche sur les nanomatériaux s’impose comme un domaine stratégique. Parmi ceux-ci, les points quantiques  attirent une attention particulière en raison de leurs propriétés uniques et de leur vaste champ d’applications. Une équipe de chercheurs de l’Université de Liège s’est récemment distinguée en proposant une avancée vers une production plus durable de ces nanostructures.

Les points quantiques (Quantum Dots en anglais, QDs) sont des nanoparticules semi-conductrices de taille nanométrique, dotées de propriétés optiques et électroniques uniques. Leur capacité à absorber et émettre la lumière avec une grande précision en fait des matériaux de choix pour les cellules solaires, les LEDs, l’imagerie médicale ou encore les capteurs. Dans une nouvelle  étude, des chercheurs de l’ULiège ont mis au point le premier procédé intensifié et compatible avec l’échelle de production industrielle pour produire des QDs à base de chalcogénures de cadmium (composés semi-conducteurs très utiles en optoélectronique et en nanotechnologies) en milieu aqueux, à partir d’une nouvelle source biocompatible de chalcogènes (élémenst chimiques  tels que le soufre, le sélénium et le tellure). Contrairement aux méthodes traditionnelles, qui reposent sur des solvants organiques, ce procédé en flux repose sur l’eau et offre une combinaison inédite de durabilité, de sécurité et de flexibilité — une avancée majeure vers une production responsable de nanomatériaux de pointe.

Une collaboration entre deux laboratoires de l'ULiège - CiTOS (Centre for Integrated Technology and Organic Synthesis) et le MSLab - a permis la conception d'une source hydrosoluble originale de chalcogènes et d'un processus intégré en flux capable de produire des QDs de haute qualité, compatibles avec des applications biomédicales. Ces résultats ont été publiés dans Chemical Science, tandis qu’une revue plus large sur la production durable des quantum dots a été récemment publiée dans Materials Science and Engineering R. « L’idée nous vient de la synthèse peptidique, où la TCEP est un réducteur hydrosoluble bien connu », explique Jean-Christophe Monbaliu, directeur du CiTOS. « Nous y avons vu une opportunité unique d’en faire un agent de transfert de chalcogènes, à la fois plus sûr, stable et facilement transposable à large échelle de production — cette idée s’est avérée très prometteuse. »

Pour mieux comprendre les interactions entre le TCEP et les chalcogènes (soufre, sélénium, tellure), l’équipe du CiTOS s’est associée à Cédric Malherbe (MSLab), spécialiste de spectroscopie vibrationnelle. Grâce à la spectroscopie Raman in situ, ils ont pu suivre les mécanismes réactionnels et décortiquer, pas à pas, la spécificité du mécanisme — une approche encore rare dans ce domaine. « Grâce à cette collbaoration, nous avons pu capitaliser sur des outils analytiques de pointe pour observer les réactions en direct, souligne Cédric Malherbe, ce qui est reste relativement marginal dans ce domaine. »

Le système développé permet non seulement d’augmenter la productivité, mais aussi de réduire drastiquement les déchets, la consommation d’énergie et les étapes de purification. « Même si les QDs à base de cadmium sont très performants, leur toxicité reste problématique, surtout avec des normes environnementales de plus en plus strictes », rappelle Carlotta Campalani, chercheur au CiTOS. « Nous explorons des alternatives plus vertes et moins toxiques, tout en maintenant des performances élevées. »

Cette recherche offre une voie réaliste et responsable vers la production de nanomatériaux à l’échelle industrielle, et reflète l’engagement de l’ULiège en faveur de l’innovation, à la croisée de la chimie, de la durabilité et des technologies de demain.