Description du sujet de thèse

Le sujet de thèse s’inscrit à la fois dans le cadre du projet ANR PIXIES et du projet ENTROPIE financé par la Région Nouvelle-Aquitaine. Les travaux seront réalisés à l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP) en collaboration étroite avec l’Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER à Limoges). L’application visée au travers de ce travail de thèse est l’électrocatalyse de l’hydrogène en milieu alcalin qui regroupe les réactions d’oxydation de l’hydrogène (HOR) et de dégagement d’hydrogène (HER). A l’heure actuelle les meilleurs catalyseurs pour ces réactions sont des matériaux à base de platinoïdes. En vue de développer et déployer à grande échelle des piles à combustible (éventuellement régénératives unifiées) ou des électrolyseurs à membrane échangeuses d’anions, il est essentiel de substituer les métaux nobles par des métaux de transition non nobles. Le développement de ces systèmes est nécessaire pour amorcer une transition énergétique et basculer sur une économie non-plus basée sur l’utilisation de combustibles fossiles mais sur celle de vecteurs énergétiques propres tels que H2.
La problématique majeure pour améliorer les cinétiques des réactions HER et HOR en milieu alcalin réside dans l’ingénierie de la surface catalytique qui doit être conçue de façon à ce que les énergies d’adsorption de -OH et -H soient favorables. A cette fin, dans le cadre de cette thèse, deux types de matériaux seront étudiés :
– Des catalyseurs bidimensionnels de type MXène (carbure de Mo ou de V) modifiés par des hétéroéléments du bloc p (S, B, P) pouvant éventuellement supporter une phase active à base de métaux de transition 3d. Ces matériaux seront synthétisés à l’IC2MP à Poitiers
– Des catalyseurs composites constitués d’une phase active composée de métaux de transition non-nobles (métaux 3d) supportés sur matériau bidimensionnel de type MXène (carbure de Mo ou de V). L’ensemble sera encapsulé dans une matrice céramique (oxycarbure de silicium). Les phases actives envisagées seront des alliages métalliques dits à haute entropie comprenant au minimum 5 métaux. Ces matériaux seront synthétisés à l’IRCER à Limoges.
Dans ce travail de thèse le/la candidat(e) sera amené(e) à :
– Synthétiser et caractériser des MXènes de type Mo2CTx ou V2CTx (avec T = -O, -OH, F) possédant des propriétés contrôlées (nature des groupements terminaux, degré de délamination,…), et modifiés avec des hétéroéléments du bloc p (B, S, P)
– Déposer à la surface des MXènes modifiés des phases actives à base de métaux de transition 3d.
– Caractériser l’activité et la stabilité des matériaux (synthétisés à Poitiers et à Limoges) vis-à-vis de l’HER et de l’HOR en utilisant des techniques électrochimiques telles que la voltammétrie cyclique, la chronopotentiométrie ou la spectroscopie d’impédance électrochimique.
– Développer la spectroscopie Raman in situ pour caractériser in situ des évolutions subies par les catalyseurs sous conditions HER et/ou HOR.
– Réaliser des tests sur cellule réelle (de type stack) à l’échelle du laboratoire avec électrodes 3D réalisées à Limoges.

Contexte de travail

Les travaux seront réalisés au CNRS à l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP – UMR CNRS 7285) au sein de l’équipe : »Du site actif au matériau catalytique ». Le projet sera réalisé en collaboration étroite avec l’Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER à Limoges – UMR 7315). Ces deux laboratoires sont internationalement reconnus en électrocatalyse et en science des matériaux. Le/la candidat(e) sera rattaché(e) à l’école doctorale Rosalind Franklin à Poitiers.

Contraintes et risques

Des déplacements ponctuels (en France ou à l’étranger) pour congrès ou réunions de consortium sont à prévoir.

Informations complémentaires

Le/La candidat(e) devra être titulaire d’un diplôme (ou diplômé(e) au cours de l’année universitaire en cours) d’ingénieur et/ou d’un master en chimie. Le poste nécessite de solides connaissances en électrochimie et en science des matériaux, de bonnes aptitudes pour la communication orale et écrite (en anglais) afin de présenter des résultats dans des congrès internationaux ainsi que pour lire et rédiger des articles scientifiques. Nous recherchons un(e) jeune chercheur(euse) qui saura s’impliquer dans son projet, curieux(se), ayant une certaine autonomie et une forte motivation pour développer des compétences en électrocatalyse et en sciences des matériaux. De plus, la/le candidat(e) devra être apte à travailler en équipe sur un projet pluridisciplinaire.
Les candidatures devront inclure un CV détaillé ; au moins deux références (susceptibles d’être contactées) ; une lettre de motivation d’une page ; un résumé des activités réalisées lors du stage de Master 2 ; les relevés de notes de Master 1 et 2 ou de celles obtenues en école d’ingénieur.