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1. Chemical sensing with Au and Ag nanoparticles

Author

Francesco Stellacci, Paolo Samorì, Marta Diez-Castellnou, Quy Khac Ong, Verónica Montes-García, Marco A. Squillaci, Institut de Science et d'ingénierie supramoléculaires (ISIS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), ANR-17-ENM3-0001,AMI,Antidrug-antibody and drug Molecular detection in Inflammatory diseases with organic electronics platform(2017), ANR-10-LABX-0026,CSC,Center of Chemistry of Complex System(2010), ANR-10-IDEX-0002,UNISTRA,Par-delà les frontières, l'Université de Strasbourg(2010), ANR-11-LABX-0058,NIE,Nanostructures en Interaction avec leur Environnement(2011), European Project: 642196,H2020,H2020-MSCA-ITN-2014,iSwitch(2015), European Project: 643238,H2020,H2020-MSCA-ITN-2014,SYNCHRONICS(2015), European Project: 813863,NanoPAT, European Project: 833707,SUPRA2DMAT, Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), and univOAK, Archive ouverte

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Analyte, Materials science, Fabrication, Supramolecular chemistry, Nanoparticle, Nanotechnology, Ag nanoparticles, 02 engineering and technology, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, engineering.material, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Highly selective, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, engineering, Noble metal, 0210 nano-technology
Abstract

Noble metal nanoparticles (NPs) are ideal scaffolds for the fabrication of sensing devices because of their high surface-to-volume ratio combined with their unique optical and electrical properties which are extremely sensitive to changes in the environment. Such characteristics guarantee high sensitivity in sensing processes. Metal NPs can be decorated with ad hoc molecular building blocks which can act as receptors of specific analytes. By pursuing this strategy, and by taking full advantage of the specificity of supramolecular recognition events, highly selective sensing devices can be fabricated. Besides, noble metal NPs can also be a pivotal element for the fabrication of chemical nose/tongue sensors to target complex mixtures of analytes. This review highlights the most enlightening strategies developed during the last decade, towards the fabrication of chemical sensors with either optical or electrical readout combining high sensitivity and selectivity, along with fast response and full reversibility, with special attention to approaches that enable efficient environmental and health monitoring.

Published
2020
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2. Fluorescence Commutation and Surface Photopatterning with Porphyrin Tetradithienylethene Switches

Author

Julien Boixel, Jean Weiss, Jennifer A. Wytko, Agostino Galanti, Paolo Samorì, Thomas Biellmann, Véronique Guerchais, Institut de Chimie de Strasbourg, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut de Science et d'ingénierie supramoléculaires (ISIS), Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Agence Nationale de la Recherche through the Labex projects CSC within the Investissement d'Avenir program [ANR-10-LABX-0026 CSC, ANR-10-120 IDEX-0002-02], International Center for Frontier Research in Chemistry [JWe-CSC-0001], Universite de Strasbourg, Centre National de la Recherche Scientifique, Universite de Rennes, European Commission through the Marie Sklodowska-Curie project ITN project iSwitch [GA-642196], ANR-10-IDEX-0002,UNISTRA,Par-delà les frontières, l'Université de Strasbourg(2010), European Project: 642196,H2020,H2020-MSCA-ITN-2014,iSwitch(2015), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
010405 organic chemistry, photopatterning, [CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry, Organic Chemistry, Free base, porphyrinoids, General Chemistry, Confocal scanning microscopy, 010402 general chemistry, Photochemistry, photochromism, 01 natural sciences, Fluorescence, Porphyrin, Catalysis, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry.chemical_compound, Photochromism, chemistry, dithienylethene, Polystyrene, fluorescence, Absorption (chemistry), Luminescence
Abstract

International audience; Four tetradithienylethene (DTE) substituted porphyrins, the free base 1H(2), and three metal derivatives (1Zn, 1Co, 1Ni), were synthesized and studied. These dyads, for which the DTE units are connected to the porphyrin's meso positions via a meta-phenyl spacer, exhibit reversible photochromic properties in all cases, with conversion to the photostationary state (PSS) up to 88%, as confirmed by absorption and NMR spectroscopies. Compounds1H(2) and 1Zn are fluorescent in solution and display a red emission. Upon irradiation with UV light to trigger the closing of the DTEs, the fluorescence of both the free base and zinc porphyrin was very efficiently quenched in solution. The reversible, photo-switching of luminescence was retained in a tetra-DTE free-base porphyrin-doped polystyrene film, for which photo-patterning was demonstrated by confocal scanning microscopy. The tunable fluorescent properties of this multi-DTE framework render this compound of interest as a photo-rewritable fluorescent ink.

Published
2018
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3. Estimation of {\pi}-{\pi} Electronic Couplings from Current Measurements

Author

Akira Fujiwara, Yoann Olivier, Jérôme Cornil, Jérôme Rech, Ragavendran Sivakumarasamy, Philippe Leclère, Nicolas Clement, J.P. Nys, Olivier Alévêque, Eric Levillain, Thierry Martin, Dominique Vuillaume, Kacem Smaali, Valentin Diez-Cabanes, Didier Theron, Jorge Trasobares, Thibaut Jonckheere, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN), Centre de Physique Théorique - UMR 7332 (CPT), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CPT - E6 Nanophysique, Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MOLTECH-ANJOU (MOLTECH-ANJOU), Université d'Angers (UA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Univ Mons, Lab Chem Novel Mat, Belgium, Université de Mons (UMons), NTT Basic Research Laboratories [Tokio], NTT Basic Research Laboratories, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), MOLTECH-Anjou, Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Angers (UA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), European Project: 317116,EC:FP7:PEOPLE,FP7-PEOPLE-2012-ITN,NANOMICROWAVE(2013), European Project: 642196,H2020,H2020-MSCA-ITN-2014,iSwitch(2015), Université d'Angers (UA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM - IEMN)

Subjects
molecular electronics, Gaussian, Bioengineering, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Molecular physics, [SPI]Engineering Sciences [physics], symbols.namesake, Quantum mechanics, General Materials Science, nanoelectrochemistry, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], Diode, Coupling, Range (particle radiation), π−π interaction, Nanoelectrochemistry, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Chemistry, Mechanical Engineering, Intermolecular force, Cooperative effect, Molecular electronics, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, transfer integral, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, coupled quantum dot, symbols, Density functional theory, 0210 nano-technology
Abstract

The {\pi}-{\pi} interactions between organic molecules are among the most important parameters for optimizing the transport and optical properties of organic transistors, light-emitting diodes, and (bio-) molecular devices. Despite substantial theoretical progress, direct experimental measurement of the {\pi}-{\pi} electronic coupling energy parameter t has remained an old challenge due to molecular structural variability and the large number of parameters that affect the charge transport. Here, we propose a study of {\pi}-{\pi} interactions from electrochemical and current measurements on a large array of ferrocene-thiolated gold nanocrystals. We confirm the theoretical prediction that t can be assessed from a statistical analysis of current histograms. The extracted value of t ca. 35 meV is in the expected range based on our density functional theory analysis. Furthermore, the t distribution is not necessarily Gaussian and could be used as an ultrasensitive technique to assess intermolecular distance fluctuation at the subangstr\"om level. The present work establishes a direct bridge between quantum chemistry, electrochemistry, organic electronics, and mesoscopic physics, all of which were used to discuss results and perspectives in a quantitative manner., Comment: Nano Lett (2017), full text and supporting information

Published
2017
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4. Multiresponsive Nonvolatile Memories Based on Optically Switchable Ferroelectric Organic Field‐Effect Transistors

Author

Stefan Hecht, Emanuele Orgiu, Egon Pavlica, Martin Herder, Alex G. Dixon, Marco Carroli, Gvido Bratina, Paolo Samorì, Institut de Science et d'ingénierie supramoléculaires (ISIS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-10-LABX-0026,CSC,Center of Chemistry of Complex System(2010), ANR-10-IDEX-0002,UNISTRA,Par-delà les frontières, l'Université de Strasbourg(2010), ANR-11-LABX-0058,NIE,Nanostructures en Interaction avec leur Environnement(2011), European Project: 642196,H2020,H2020-MSCA-ITN-2014,iSwitch(2015), European Project: 257305,EC:FP7:ERC,ERC-2010-StG_20091028,SUPRAFUNCTION(2011), European Project: 308117,EC:FP7:ERC,ERC-2012-StG_20111012,LIGHT4FUNCTION(2013), Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), and Université Louis Pasteur - Strasbourg I-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Organic electronics, Materials science, business.industry, Mechanical Engineering, Transistor, Wearable computer, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Signal, 0104 chemical sciences, law.invention, Non-volatile memory, Mechanics of Materials, law, Interfacing, Proof of concept, Optoelectronics, General Materials Science, Field-effect transistor, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; Organic transistors are key elements for flexible, wearable, and biocompatible logic applications. Multiresponsivity is highly sought‐after in organic electronics to enable sophisticated operations and functions. Such a challenge can be pursued by integrating more components in a single device, each one responding to a specific external stimulus. Here, the first multiresponsive organic device based on a photochromic–ferroelectric organic field‐effect transistor, which is capable of operating as nonvolatile memory with 11 bit memory storage capacity in a single device, is reported. The memory elements can be written and erased independently by means of light or an electric field, with accurate control over the readout signal, excellent repeatability, fast response, and high retention time. Such a proof of concept paves the way toward enhanced functional complexity in optoelectronics via the interfacing of multiple components in a single device, in a fully integrated low‐cost technology compatible with flexible substrates.

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