Intitulé de l’offre : CDD CNRS 36 mois – Doctorant(e) en électrocatalyse (H/F) (équipe MEDIACAT)
Date de publication : 20 août 2021
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 36 mois
Date d’embauche prévue : 1er octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Mission
Ce travail de thèse est réalisé dans le cadre du projet ANR « Gluconic » qui consiste à étudier par voie électrocatalytique la conversion du glucose en molécule d’intérêt pour la chimie fine. Il regroupe 5 laboratoires de recherche en France : le LEPMI à Grenoble et L’IC2MP à Poitiers, où se dérouleront les travaux de recherche de thèse, ainsi que le LGC de Toulouse, l’ICPEES et l’IC de Strasbourg. Les travaux pour cette thèse seront découpés en plusieurs étapes.
La première partie sera la synthèse et caractérisation des matériaux électrocatalytiques à base de nickel possédant une structure 3-D. Pour réaliser ces électrodes 3-D, des mousses de carbone ou de nickel et des feutres de nickel seront utilisés comme squelette. Une nanostructure à base de nickel sera ajoutée à ce support poreux, préparée soit par électrodépôt, soit par synthèse chimique de nanoparticules greffées sur le support. Après leur préparation, la morphologie, la structure, la composition et la surface des matériaux d’électrodes seront caractérisés par méthodes physiques (MEB, MET, DRX, ICP-OES, XPS, etc.) et électrochimiques (voltammétrie cyclique en milieu support).
La deuxième partie de l’étude consistera à étudier le comportement électrocatalytique en cellule électrochimique à trois électrodes des matériaux électrodes pour l’oxydation et la réduction du glucose. Le but sera de d’identifier les matériaux les plus actifs pour une utilisation comme anode ou cathode avant d’étudier leur sélectivité. Les matériaux les plus actifs seront alors étudiés par FTIRS in situ et DEMS pour déterminer leur sélectivité, ce qui permettra de sélectionner ceux présentant le meilleur compromis entre activité catalytique et sélectivité pour la formation de produits d’intérêt à partir du glucose.
La troisième partie consistera à transférer les matériaux sélectionnés dans une cellule d’électrolyse fonctionnant en mode batch avec recirculation de l’anolyte et du catholyte. Cette cellule permettra de concentrer les produits de réaction du glucose formés aux deux électrodes afin de pouvoir les identifier et les quantifier (par HPLC, RMN et spectroscopie de masse). Cette étape sera plus sensible à l’effet de la porosité que les caractérisations antérieures réalisées en cellules à trois électrodes et permettra d’affiner les données concernant l’activité catalytique et la sélectivité des matériaux d’électrode. Ces résultats seront communiqués au LGC de Toulouse et serviront à l’avancement du projet ANR vers son étape finale qui consistera à intégrer les matériaux catalytiques sélectionnés dans un réacteur continu (cellule d’électrolyse à flux).
La quatrième partie sera la stabilité des matériaux sélectionnés sera étudiée par vieillissement accéléré en cellule électrochimique à trois électrodes. Cette étude servira à déterminer les mécanismes responsables du vieillissement des matériaux d’électrode à base de nickel. De plus, une étude post mortem des électrodes utilisées dans la cellule batch et dans le réacteur continu sera réalisée par des méthodes de caractérisation physique (MEB, MET, DRX, ICP-MS, XPS, etc.) afin de mettre en évidence l’effet d’une électrolyse prolongée sur le vieillissement des électrodes. Cette étude permettra de proposer des solutions afin de limiter la dégradation des électrodes et la perte de performance en cellule d’électrolyse associée à cette dégradation.
Enfin, en plus de réaliser ses travaux de thèse sur deux sites (le LEPMI à Grenoble et l’IC2MP à Poitiers), l’étudiant sera amené à collaborer étroitement avec deux autres étudiants en thèse hébergé dans les trois autres laboratoires sur la préparation de nanomatériaux par voie chimique et électrochimique, l’étude de la sélectivité des nano-électrocatalyseurs et l’étude en réacteur continu des différents matériaux d’électrode (nanomatériaux et électrodes 3-D).
Responsable scientifique de l’étude : Stève BARANTON