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Personal Information

MASCETTI Joëlle -

CNRS Director of Research


Institut des Sciences Moléculaires - Université Bordeaux 1

CNRS UMR 5255

Bâtiment A12, 351 cours de la libération

33405 TALENCE cedex


4ème étage Ouest - bureau 4S11 - B08


TEL :

05 40 00 63 60

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Mail :

j.mascetti@ism.u-bordeaux1.fr


Research Interest

Spectroscopie vibrationnelle en matrices cryogéniques, astrochimie, environnement, capture CO2.

1 - Réactivité à basse température
Participants : J. Mascetti, C. Aupetit.
Dans la plupart des chemins réactionnels, il existe des espèces intermédiaires que la spectroscopie résolue dans le temps permet d’étudier. C’est surtout vrai en solution où, les excès d’énergie étant dissipés dans le solvant, le système "colle" aux minima du chemin réactionnel et ne peut franchir les barrières qu’à l’aide de l’énergie thermique. On peut alors étudier, et éventuellement calculer, l’influence de différents facteurs (solvant, substituant, température) sur la réactivité au niveau de chaque étape élémentaire. Inversement, il est aussi possible de caractériser des intermédiaires réactionnels par spectroscopie conventionnelle en les produisant in situ dans une matrice cryogénique où ils sont piégés à basse température (10- 40K). Les espèces piégées peuvent être produites à partir de mélanges gazeux préparés à l’avance, à partir de liquides ou par sublimation de solides dans un four spécialement adapté au cryostat. Elles sont ensuite analysées par spectroscopies IRTF, Raman et UV-visible. Les réactions au sein de la matrice solide peuvent être initiées par activation thermique ou photochimique grâce à une lampe Hg ou Xénon. Les recherches actuelles portent sur la réactivité des atomes et petits agrégats de métaux de transition avec des molécules intéressant les domaines de la chimie atmosphérique et de l’astrochimie (CO2, OCS, PAH : polycycles aromatiques hydrocarbonés), ainsi que sur la photoréactivité des PAH dans les glaces amorphes. Parallèlement aux études expérimentales en matrices cryogéniques, une approche théorique par méthode DFT est conduite afin d’interpréter les données obtenues : calcul des chemins réactionnels, des géométries et des fréquences de vibration des espèces intermédiaires et des produits de réaction. L'étude des PAH fait l'objet d'un contrat ANR (ANR-13-BS08-0005-01): PARCS.

ANR "PARCS" (2014-2017)
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) are organic macromolecules that have an astrophysical interest, since the discovery of the AIBs (aromatic interstellar bands), assigned to vibration modes of PAH, which emit in the infrared (IR) after absorption of star UV light. PAH are also candidates for diffuse interstellar bands (DIBs), which are weak absorption bands measured in the visible range. However, no specific PAH has been identified yet, and a variety of PAH-derived species (ionized, substituted, coordinated) have been proposed. The ambition of the PARCS project is to bring new elements for the understanding of these assignments through the study of:
1) Reactions of PAH with Fe atoms and aggregates. The hypothesis of the formation of metal complexes Fex(PAH)y was proposed to account for the depletion of Fe from the gaseous phase of the interstellar medium, but no study has validated this hypothesis for neutral Fex(PAH)y complexes yet.
2) Photo-reactions of PAH embedded in or trapped on water ice. In dense molecular clouds, atoms and molecules are condensed on cold dust and ice particles, where they are transformed by thermal and photochemical processes, leading to the formation of more complex molecules, some of them being of astrobiological interest. IR spectroscopy, associated to matrix isolation techniques, is the main tool used to study the composition of interstellar ices, and has allowed to identify simple molecules (NH3, CO2, OCS, CH3OH) and to understand the formation of more complex species. Although IR spectroscopy of ice has been performed for a long time, studies of ices containing PAH have just begun and have shown that neutral PAH may play an important and unexpected role in cosmic ice chemistry. For instance, the IR identification of quinones, alcohols and ketones through photo-irradiation of coronene (PCCP 2011) or pyrene (JPCA 2011) on amorphous solid water has recently been published.
The originality of this project is to propose pioneering joint theoretical and experimental treatments of these reactions in order to understand how these molecules are formed. In the experimental part, the challenging novelty is the study of ternary PAH/Fe/H2O systems at cryogenic temperatures, that will be made by means of a specially designed furnace fixed to the cryostat, allowing co-deposition of Fe and PAH, and of two spectrometers, allowing to run both IR and UV spectroscopy on the same sample.
In the theoretical part (PCCP2012), the challenging goal is to describe the dynamic processes that drive these reactions, namely (i) characterize the reaction products, through their IR and electronic spectra, and (ii) achieve molecular dynamics (MD) simulations to characterize the mechanisms, in the ground and excited state after electronic excitation. This implies the elaboration of a multiscale-multimethod approach that uses some of the best current available techniques with various levels of sophistication and efficiency. The difficulty arises from the large size of the systems, their complex electronic structure (open-shell), the nature of the interactions (van der Waals, H-bonds…) and efficiency of the MD schemes to achieve statistical significance. Ab initio wavefunction methods (with local orbitals), DFT and approximate-DFT approaches will be used with cross-benchmarking. Efforts will also be dedicated to describe anharmonic and quantum effects on IR spectra using classical and quantum dynamics, and to the elucidation of reactive mechanisms via MD simulations. Finally, the influence of environment (matrix, ice) will be focused on via combined orbital/force field methods.
Thanks to the synergy of both approaches, this project will contribute to the assignment of the AIBs and DIBs and to the understanding of the role of water-ice in the photochemical reactions of PAH with species of astrophysical and environmental interest (Fe, H2O). New experimental and theoretical developments, mandatory to achieve these goals, will be proposed.
Partners:
Dr Aude SIMON, LCPQ (UMR5626), Université Paul Sabatier, Toulouse.
Dr Céline TOUBIN, PhLAM (UMR8523), Université Lille1, Villeneuve d'Ascq.
A two-year post-doctoral position at ISM and a PhD thesis at PhLAM are available in the frame of this ANR project.
The kick-off meeting was held in Bordeaux on January, 16-17th 2014.

2 - Capture du gaz carbonique
Participants : J. Mascetti, F. Benevides, G. Lebourdon, L. Servant
Nous étudions la capture sélective et réversible du CO2 sur différents supports solides en combinant les techniques de thermographie et de spectroscopie infrarouge pour comprendre l’adsorption de CO2 en surface et caractériser les molécules formées. La corrélation des chaleurs d’adsorption aux mécanismes d’interaction et la caractérisation de CO2 adsorbé sur différents supports (oxydes de terres rares, amines greffées, matériaux hybrides poreux) nous permet d’identifier les configurations de capture les plus performantes (en collaboration avec les laboratoires Solvay-LOF, TREFLE, ICMCB).
Voir L'Actualité Chimique 2013.
Thèse de doctorat de Flavio Benevides, Université Bordeaux1, 2013.


Publications & Contributions

“Carbon dioxide coordination chemistry and reactivity of coordinated CO2” J. MASCETTI, pages 55-88, dans « Carbon Dioxide as Chemical Feedstock », M. ARESTA Ed., Wiley-VCH, Weinheim 2010 (ISBN: 978-3-527-32475-0)

“Photochemistry of pyrene with water at low temperature: study of atmospherical and astrochemical interest”
Z. GUENNOUN, C. AUPETIT, J. MASCETTI
J. Phys. Chem. A 2011, 115(10), 1844-1852.

“Photochemistry of coronene with water at 10K: first tentative identification by infrared spectroscopy of oxygen containing coronene products”
Z. GUENNOUN, C. AUPETIT, J. MASCETTI
Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7340-7347.

"Vibrational spectroscopy and molecular dynamics of water monomers and dimers adsorbed on polycyclic aromatic hydrocarbons"
A. SIMON, M. RAPACIOLI, J. MASCETTI, F. SPIEGELMAN
Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 6771-6786.

"CO2 in 1-butyl-3-methylimidazolium acetate: II - NMR investigation of chemical reactions"
M. BESNARD, M.I. CABACO, F.V. CHAVEZ, N. PINAUD, P.J. SEBASTIAO, J.A.P. COUTINHO, J. MASCETTI, Y. DANTEN
J. Phys. Chem. A 2012, 116, 4890-4901.

"On the chemical reactions of carbon dioxide isoelectronic molecules CS2 and OCS with 1-butyl-3-methyl-imidazolium acetate"
M.I. CABACO, M. BESNARD, F.V. CHAVEZ, N. PINAUD, P.J. SEBASTIAO, J.A.P. COUTINHO, J. MASCETTI, Y. DANTEN
Chem. Comm. Lett. 2013, 49, 11083-11085

"Caractérisation de l'interaction entre CO2 et substrat solide: vers une optimisation des procédés industriels de capture?"
J. MASCETTI, F. BENEVIDES, I. MOOG, L. ROCHERON, J.C. BATSALE, J. JOLLY, G. LEBOURDON, J. MAJIMEL, B. PAVAGEAU, C. PRADERE, L. SERVANT
L'actualité Chimique 2013, 371-372, 40-46

"Thermal effects of CO2 capture by solid adsorbents: some approaches by IR image processing"
F. BENEVIDES, G. LEBOURDON, J. JOLLY, C. PRADERE, J. MASCETTI, B. PAVAGEAU, L. SERVANT, J.C. BATSALE
Mechanics&Industry 2013, 14, 447-451.

"Metal coordination of CO2"
J. MASCETTI
Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry, 2014, sous presse.




MASCETTI Joëlle