Matière Condensée et Systèmes Electroactifs

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Joëlle RAULT-BERTHELOT

published on , updated on

CNRS Director of Research

Institut des Sciences Chimiques de Rennes UMR 6226
Université de Rennes 1
Campus de Beaulieu
35042 Rennes, France

Building 10C, Office 242
Phone: +33 (0) 2.23.23.59.64
Email: joelle.rault-berthelot@univ-rennes1.fr

Main Research Topics

Joëlle Rault-Berthelot has more than 30 years of experience in electrochemistry of π-conjugated systems. She is recognized for her works on conducting polymers and on organic semi-conductors.

  • Graphite intercalation compounds (1981/1985)
  • Conducting polymers (1985/2007): polyfluorene derivatives, polydibenzo-crown-ethers, polyphenylenes, polyarylporphyrines, and so on… Electrochemical synthesis, properties and applications (electrochromism, sensors, catalysis …)
  • Organic electronic (2005/2016): design, physico-chemical properties and uses as active layers in electronic devices:
    • New three-dimensional molecules with « 2π-1spiro » or « 3π-2spiro » architectures in view of their use as active layers in fluorescent OLED, as host for PhOLEDs…
    • New linear molecules with low LUMO levels and their use as active layer in n-type OFETs…

Keywords

Conducting polymers, Organic semiconductors, organic electronic, electrochemistry, OLED, PhOLED, OFET

Education and Professional Experience

Joëlle Rault-Berthelot a intégré le CNRS comme Attaché de Recherche en octobre 1982 dans le groupe d’électrochimie de l’Université de Rennes 1. Elle a obtenu son Doctorat d’Etat en Sciences Chimique en septembre 1986 sous la direction du Dr Jacques Simonet. Elle a tout d’abord étudié le comportement électrochimique de différents graphites et la formation et l’utilisation des CIG (Composés d’intercalation du graphite). Elle a ensuite préparé le premier polymère conducteur à motif fluorène. Son sujet d’intérêt principal a alors été la préparation et l’étude d’un nombre important de polymères organiques conducteurs dérivés de fluorènes, de dibenzoéther-couronnes, de thiophènes contenant ou non des motifs spécifiques comme des phospholes ou des porphyrines. Ces nouveaux matériaux électrogénérés ont été utilisés dans des réactions spécifiques comme l’électrochromisme, la catalyse, la reconnaissance moléculaire, le piègeage de cations…
Depuis 2005, Joëlle Rault-Berthelot, en collaboration avec Cyril Poriel, a pris le virage de l’électronique organique (EO) et sa recherche porte aujourd’hui essentiellement sur la synthèse et l’étude des propriétés physicochimiques de nouvelles molécules utilisables dans ce domaine et spécialement de petites molécules émettrices de couleur bleu ou de matrices hôtes adaptées aux dopants phosphorescents émetteurs de lumière bleue, puisque l’émission de couleur bleue est encore un maillon faible de la technologie OLED.
En résultats majeurs, nous noterons les molécules tridimensionnelles d’architecture 3π-2spiro (trois systèmes π reliés deux à deux par deux ponts spiro) (voir exemples ci-dessous). Parmi les isomères de DSF-IF, celui basé sur le corps meta-terphényl (1,2-a-DSF-IF) possède à la fois un large bandgap et un état triplet (2.76 eV) supérieur à celui du dopant bleu FIrpic (2.62 eV) permettant un bon transfert des excitons singulet et triplet vers le dopant. Ceci a permis d’atteindre un EQE de 7.5 % en PhOLED bleu. Un EQE de 7.9 % a également été obtenu pour une PhOLED bleue utilisant comme matériau hôte le 1,2-a-DSPA-IF(CF3)2. Ces deux matériaux utilisés comme matrice hôte pour le dopant vert Ir(ppy)3 permettent d’atteindre des EQE supérieurs à 15 % en PhOLEDs vertes.

Plus récemment encore, son groupe a développé des molécules tridimensionnelles d’architecture 2π-1spiro (deux systèmes π reliés par un pont spiro) dérivées du 9,9’-spirobifluorène (SBF) ou de plateforme donneur-spiro-accepteur dont quelques exemples sont présentés ci-dessous.

Le choix de la substitution du SBF sur la position 4 (et non sur la position 2, comme bon nombre de SBF substitués) a pour but de restreindre la conjugaison entre le fluorène substitué et son substituant. Cette restriction de conjugaison est principalement due à l’encombrement stérique entre les deux motifs. Des PhOLEDs bleus d’EQE proche de 6% ont été obtenues avec 4-Ph-SBF comme matériau hôte. La molécule 2,7-DiCbz-SBF-4’-POPh2 dans laquelle deux carbazoles sont lié au premier fluorène et le groupement accepteur POPh2 est en position 4 du second fluorène a un état triplet à 2.64 eV adapté au dopant vert (et non au dopant bleu). Une PhOLED verte « monocouche » dans laquelle la couche active est 2,7-DiCbz-SBF-4’-POPh2 dopé au Ir(ppy)3 a permis d’atteindre un EQE supérieur à 13 %.
Une nouvelle aventure commence avec la préparation de petites molécules d’architecture D-spiro-A (voir figure ci-dessus) dont les états triplets sont proche de 2.9 eV et qui utilisées comme matrice hôte en PhOLEDs ont permis d’atteindre des EQE avoisinant 20 % pour le vert et proche de 10% pour le bleu.
Dans le domaine de l’EO, en utilisant les briques de base de synthèse des oligophénylènes pontés présentés ci-dessus, le groupe développe aussi des molécules linéaires pauvres en électron dans le but de fabriquer des OFETs de type n (voir figure ci-dessous LPP(C(=CN)2)2, IF(C(=CN)2)2, IDT(C(=CN)2)2). Ces travaux, en collaboration avec E. Jacques de l’IETR de Rennes commencent à porter des fruits avec la mise au point des premiers dispositifs OFET de type n sur support souple présentant des caractéristiques équivalentes aux dispositifs à même couche active sur verre.

Compétences

Electrodéposition anodiques de macromolécules, oligomères ou polymères conducteurs organiques.
Caractérisation électrochimique (voltamétrie, électrolyse, coulométries, MBQ) et physico-chimique des polymères conducteurs (spectroélectrochimie)
Electrochromisme, électroluminescence, électrodes modifiées, stockage d’énergie,….
Polyfluorènes, polyspirobifluorènes et leurs derivés, copolymères (EDOT-fluorène, fluorène-éthylène substitués, spirobifluorene-porphyrine, etc…)
Polythiophènes, polyarylène-vinylènes, polydibenzoéthercouronnes, Oligothiophène-phospholes,…
Electropolymérisations sur feutre de carbone ou de graphite et sur feutres nickelés, électrodes sérigraphiées…..

Principales collaborations

Dans l’UMR CNRS 6226, Rennes
R. Réau, M. Hissler, G. Simonneaux , C. Paul-Roth, D. Floner, G. Alcaraz, C. Lagrost,
En dehors de l’UMR
Bernard Geffroy, D. Tondelier, Polytechnique, Palaiseau
R. Métivier, ENS, Cachan
E. Jacques, IETR, Rennes
O. Coulembier, J. Cornil, Université de Mons, Belgique
J. Lalevée, Mulhouse
N. Leclerc, Strasbourg

Publications referenced in HAL

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