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 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’oxygène en milieu alcalin qui regroupe les réactions de réduction (ORR) et de dégagement d’oxygène (OER). Ces réactions sont cinétiquement lentes et limitent actuellement les performances électriques des piles à combustible, des électrolyseurs et des accumulateurs métal-air qui sont de très bons candidats en vue de l’implémentation de la grille énergétique du futur. Le développement de ces applications 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 (hydrogène, électron).
Pour améliorer la cinétique de l’ORR et de l’OER, il est proposé de développer une nouvelle classe de catalyseurs nanostructurés. Ces matériaux composites originaux seront constitués d’une phase active composée de métaux de transition non-nobles (métaux 3d) supportée sur matériau bidimensionnel de type MXène. Deux types de phases actives sont envisagées:
– Des oxydes, sulfures, borures ou phosphures de métal de transition (Ni, Fe, Mn).
– Des alliages métalliques de structure cubique à faces centrées dits à haute entropie comprenant au minimum 5 métaux synthétisés selon la voie “polymer-derived ceramics”. Cette voie de synthèse est maîtrisée à l’IRCER à Limoges depuis plusieurs années. L’ensemble sera encapsulé dans une matrice céramique poreuse (oxycarbure de silicium) résistante à la corrosion électrochimique.

Dans ce travail de thèse le/la candidat(e) sera amené(e) à:
– Synthétiser et caractériser des MXènes de type Ti3C2Tx ou Ta4C3Tx (avec T = -O, -OH, F) possédant des propriétés contrôlées (nature des groupements terminaux, degré de délamination,…)
– Caractériser l’activité et la stabilité des matériaux vis-à-vis de l’OER et de l’ORR en utilisant des techniques électrochimiques telles que la voltammétrie cyclique, la chronopotentiométrie ou la spectroscopie d’impédance électrochimique.
– Développer des méthodes spectroscopiques (Raman et IR) permettant la caractérisation in situ des évolutions subies par l’interface électrode/électrolyte sous conditions de fonctionnement
– Développer une nouvelle méthodologie combinant différentes techniques de caractérisation (XPS, DRX, MEB,…) permettant la caractérisation de la composition et des propriétés morphologiques et structurales des matériaux d’électrode après utilisation.
– Réaliser des tests sur cellule réelle (de type stack ou pile bouton) à l’échelle du laboratoire avec des 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) dans 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 à la communication orale et écrite (en anglais) pour 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 science 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.