An unprecedented efficiency of upconversion is observed in a nonanuclear Yb ₈ Tb complex with green emission upon NIR excitation of Yb.

This review aims at providing a survey of the various designs of nanoparticles containing dye-photosensitized lanthanide ions and their use as luminescent probes, from seminal work to the most recent evolutions.

The podand-type ligand L, based on a tertiary amine substituted by three pyridyl-6-phosphonic acid functions, forms hydrated complexes with Ln³⁺ cations. The luminescence properties of the YbL complex were studied in D₂O as a function of the pD and temperature. In basic conditions, increases in the luminescence quantum yield and the excited state lifetime of the Yb centered emission associated with the ²F_5/2 → ²F_7/2 transition were observed and attributed to a change in the hydration number from two water molecules in the first coordination sphere of Yb at acidic pH to a single one in basic conditions. Upon the addition of TbCl₃ salts to a solution containing the YbL complex in D₂O, heteropolynuclear Yb/Tb species formed, and excitation of the Yb at 980 nm resulted in the observation of the typical visible emission of Tb as a result of a cooperative upconversion (UC) photosensitization process. The UC was further evidenced by the quadratic dependence of the UC emission as a function of the laser power density.

La réalisation de cette thèse a été possible grâce au financement du ministère de l’enseignement supérieur, de la recherche et de l’innovation, au travers du Fond France-Canada pour la Recherche. Le but de cette thèse est d’étudier des systèmes supramoléculaires en vue d’accroître l’efficacité de la conversion ascendante de photons ou upconversion (UC). Le premier système étudié est constitué d’ions Tb(III) mis en présence de complexes d’Yb(III) selon le mécanisme de sensibilisation coopérative et a permis d’appréhender le processus d’UC. Un intérêt s’est ensuite porté sur des clusters nonanucléaires d’ions Yb(III) et Tb(III) qui confèrent une proximité accrue entre les ions. L’optimisation de ces systèmes a permis d’obtenir le meilleur rendement quantique (2.8×10-6 @ 2.86 W.cm-2) à l’heure actuelle à l’échelle moléculaire. En utilisant des clusters homonucléaires d’Yb(III), l’observation pour la première fois du mécanisme de luminescence coopérative avec des systèmes supramoléculaires a pu être possible. Une étude plus approfondie, permettant de confirmer la réalisation de ce mécanisme avec seulement deux ions Yb(III) a ensuite été réalisée, par l’utilisation de dimères d’Yb(III). Enfin, un assemblage entre des complexes d’Yb(III) et un complexe de Ru(II) a été synthétisé, résultant en l’observation de l’UC pour la première fois par transfert d’énergie d’un élément f vers un élément d.