Nos recherches visent  à la conception, la synthèse, l'étude des propriétés et l'ingénierie moléculaire des nanostructures, des matériaux poreux auto-assemblés hautement organisés et hiérarchisés, des matériaux vivants bio-intégrés et bio-inspirés, y compris des matériaux en forme de feuilles par l'immobilisation d'organismes vivants et de biomatériaux pour la catalyse, la photocatalyse, la conversion du CO2 et la séparation de l'eau, le stockage et la conversion de l'énergie, la photosynthèse artificielle, la nanotechnologie, la biotechnologie, la technologie de l'information, la thérapie cellulaire et les applications biomédicales.

Les projets de recherche

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Les axes de recherche

 Photocatalyse par photons lents

La lumière solaire est largement reconnue comme l'une des sources d'énergie renouvelable les plus précieuses pour l'avenir. Cependant, le développement des technologies de l'énergie solaire est sérieusement entravé par les faibles rendements de conversion énergétique dus aux faibles coefficients d'absorption optique et au faible rendement de conversion quantique des matériaux de la génération actuelle. Des efforts considérables ont été consacrés à la recherche de nouvelles stratégies pour améliorer l'utilisation de l'énergie solaire. Différentes stratégies chimiques et physiques ont été utilisées pour étendre la gamme spectrale ou augmenter le rendement de conversion des matériaux, ce qui a donné des résultats très prometteurs. Cependant, ces méthodes commencent à atteindre leurs limites. Quel est donc le prochain grand concept qui pourrait être utilisé efficacement pour améliorer la collecte de la lumière ? Bien qu'il ait été découvert il y a de nombreuses années, le l'effet des photons lents, une manifestation du contrôle de la propagation de la lumière grâce aux structures photoniques, a été largement négligé. Nos travaux de recherche pionniers révèlent que la photoréactivité des matériaux peut être considérablement améliorée en exploitant les photons lents. La mise en œuvre réussie de cette stratégie devrait ouvrir une voie très prometteuse pour un large éventail de technologies de conversion de l'énergie lumineuse.

Chimie prédictive de la synthèse des matériaux à porosité hiérarchique

La hiérarchie des matériaux au niveau de la porosité, de la structure, de la morphologie et des composants est essentielle pour obtenir des performances élevées dans toutes sortes d'applications.

Les plantes et les animaux possèdent des tissus analogues contenant des réseaux hiérarchiques dont la taille des pores diminue à plusieurs échelles et se termine par des unités de taille invariable comme les tiges des plantes, les veines des feuilles et les systèmes vasculaires et respiratoires. Les matériaux hiérarchiques naturels présentent des ramifications hiérarchiques et des rapports de diamètre précis pour connecter les pores à plusieurs échelles, du niveau macro au niveau micro, et ont évolué pour maximiser le transport de masse et les taux de réaction. Les principes physiques sous-jacents de cette conception hiérarchique optimisée sont incarnés par la loi de Murray. Cependant, nous n'avons pas encore réalisé l'avantage d'imiter les réseaux de Murray de la nature dans les matériaux synthétiques en raison des défis posés par la fabrication de structures vascularisées. Est-il possible d'établir de tels principes de conception des matériaux pour obtenir des fonctions prédictives et optimisées ?

Dans notre laboratoire, nous émulons des systèmes naturels optimaux en suivant une règle générale développée en revisitant la loi de Murray qui a évolué dans les systèmes hiérarchiques naturels et qui permet de contrôler de manière prévisible la fonctionnalité et la porosité à chaque échelle de longueur des matériaux, comme dans les tiges des plantes, les veines des feuilles et les systèmes vasculaires et respiratoires. Ces imitations de matériaux de Murray bio-inspirés pourraient permettre d'améliorer considérablement l'échange et le transfert de masse dans les réactions liquide-solide, gaz-solide et électrochimiques et pourraient présenter des performances accrues en photocatalyse, catalyse et stockage de l'énergie.

La bioencapsulation pour l'énergie, l'environnement et les soins de santé

Les cellules vivantes peuvent être considérées comme des moteurs moléculaires très efficaces enfermés dans l'espace, tout en restant très fragiles. En combinant les cellules avec des matériaux poreux de manière appropriée, il est possible de concevoir de nouvelles technologies de matériaux hybrides vivants. La bioencapsulation permet de protéger les cellules des environnements difficiles et de contrôler leur environnement ainsi que leur concentration. de leur environnement et de leur concentration. Cette combinaison produit en fin de compte un dispositif qui peut être orienté pour conduire les réactions biochimiques souhaitées. Ces matières vivantes fonctionnelles sont très prometteuses pour le développement de nouveaux processus respectueux de l'environnement. Ces systèmes hybrides permettraient d'utiliser plus largement et plus efficacement les ressources renouvelables (c'est-à-dire l'énergie solaire) pour produire une vaste gamme de produits chimiques. La technologie des cellules encapsulées peut ouvrir la voie à la conception de divers autres types de matériaux bioactifs tels que des systèmes de nettoyage, des biocapteurs et des organes artificiels. Dans notre laboratoire, pionnier dans ce domaine, nos recherches se concentrent sur l'encapsulation de micro-organismes, d'organites photosynthétiques, de cellules végétales et de cellules animales.

Composition de l'équipe de recherche

Promoteur (PI)

Bao-Lian SU est également membre de l'Institut NISM.

Autres membres de l'équipe

Chercheurs post-doctorants

Tarek Barakat, Laroussi Chaabane, Amanda Kale, Hongtao Qu et Yuchi Zhang

Doctorants

Jun Chen, Louis Garin, Marvin Laboureur, Jing Li, Maxime Mathieu, Zhonghao Miao, Patrick Sanglier, Andrei Tchernichev, Guanying Wang, Yuanguo Wu, Liuxi Yang, Pengyao Yu, Xikun Zhang, Runtian Zheng