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Thèmes de recherche

Ma principale activité de recherche s’articule autour de la photochimie computationnelle. Elle consiste à essayer de comprendre divers processus photochimiques et photophysiques à l’aide des outils de la chimie théorique. La photochimie computationnelle est considérée comme un outil très important pour l’investigation de mécanismes réactionnels photochimiques de chromophores organiques, inorganiques et même biologiques. Elle s’est considérablement développée au cours des trois dernières décennies, ceci grâce à la fois à l’augmentation des puissances de calcul et des développements théoriques en chimie quantique. Il est maintenant tout à fait possible d’aller bien au-delà de la simple interprétation de la photochimie basée sur des calculs d’énergie de transition à la géométrie Franck-Condon. L’exploration des surfaces d’énergie potentielle (SEP) complexes et multidimensionnelles est devenue une tâche de routine et la synergie entre des calculs statiques précis de ces SEP et des simulations de dynamique non-adiabatique (quantique ou semi-classique) ont permis des avancées majeures dans la compréhension de processus photochimiques et photophysiques. De nos jours, des études computationnelles de processus photochimiques telles que la photo-isomérisation, le transfert d’électron photo-induit, la photosensibilisation ou encore la photodissociation sont devenues une pratique courante.

Alors que les méthodes ab initio de la chimie quantique sont capables de décrire ce qui se passe à l’échelle moléculaire pendant la rupture et la formation de liaisons chimiques dans des réactions thermiques, la tâche est beaucoup plus ardue lorsque l’on considère des réactions photochimiques. Les principales raisons sont les suivantes : 1) la description des états électroniques excités peut devenir très difficile à cause de leur habituel caractère multiconfigurationnel, 2) le chemin de réaction ne peut pas être décrit par une seule SEP car au moins deux branches sont requises : une branche provenant d’un état excité (côté réactif) et une autre branche décrite sur la SEP fondamentale (côté produit), et 3) l’approximation de Born-Oppenheimer n’est plus valide dans la région où l’état excité se désactive non-radiativement vers l’état fondamental (par conversion interne ou par croisement inter-système). Une des principales difficultés dans ces études photochimiques computationnelles réside dans la localisation et la caractérisation de ces régions de fort couplage non-adiabatique. Des outils théoriques ont été développés et des stratégies computationnelles élaborées afin d’explorer des chemins de réaction dans les états électroniques excités impliquant les fameuses intersections coniques, lieu de dégénérescence des SEP où des transitions électroniques non-radiatives se produisent très efficacement. Le but ultime d’études théoriques de mécanismes photochimiques est la description complète des événements à l’échelle moléculaire depuis l’absorption de l’énergie photonique à la formation finale des produits.

C’est dans ce contexte que se situe la grande majorité de mes travaux de recherche. Les principales thématiques en cours d’étude sont énumérées ci-dessous.

• Photophysique et photoréactivité de complexes de ruthénium

• Etudes QM/MM de systèmes biomoléculaires photoisomérisables

• Photophysique et photochimie de chromophores organiques

• Photochromisme