L'étendue de l'applicabilité des descripteurs de réactivité : Du prédicteur de voies chimiques au transfert de charge et à la description du transport

L’utilisation d’outils computationnels en sciences des matériaux constitue un domaine établi, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) s’étant imposée depuis près de cinquante ans comme un fondement de la physique de l’état solide. L’évolution des technologies numériques a permis un accroissement notable de la précision et de la fiabilité des méthodes de simulation, au prix cependant d’un coût computationnel et énergétique croissant. Dans ce contexte, l’emploi de descripteurs de réactivité s’avère particulièrement pertinent : ces outils, à la fois simples sur les plans théorique et numérique, offrent des résultats robustes et en excellent accord avec les données expérimentales ainsi qu’avec des méthodes de calcul plus onéreuses.Le travail présenté propose d’élargir l’usage classique des descripteurs de réactivité, traditionnellement limités à l’identification de sites réactifs, vers de nouvelles applications. Dans un premier temps, les indices de Fukui atomiques condensés ont été mobilisés pour caractériser les sites donneurs et accepteurs d’électrons au sein de molécules candidates à des applications en cellules photovoltaïques organiques. Cette approche permet ainsi de prédire l’efficacité potentielle de matériaux pour le transfert de charges photoinduit. Dans un second temps, le concept de souplesse locale, dérivé de la souplesse globale, est employé pour identifier, au sein d’une même molécule, les atomes susceptibles d’interagir. Cette stratégie vise à proposer des chemins réactionnels internes, en particulier pour élucider la conversion du 1-azafulvénallène en phénylnitrène, une transformation d’intérêt en chimie organique.Les résultats obtenus démontrent que, malgré leur simplicité, les descripteurs de réactivité offrent une capacité prédictive étendue, non seulement en matière d’analyse de réactivité, mais également pour la description fine des transferts de charge et l'identification de voies de réaction moléculaires. Ces travaux ouvrent ainsi des perspectives nouvelles pour l’exploitation de méthodes computationnelles légères au service de problématiques complexes en chimie des matériaux.