Missions

Dans deux laboratoires du CNRS hébergés par l'Université de Poitiers, i.e., l’IC2MP (UMR7285) et l’institut Pprime (UPR 3346), vous développerez une nouvelle approche pour la synthèse de feuillets bidimensionnels (2D) de carbures de métaux de transition, les MXènes [1], matériaux qui connaissent un engouement extrêmement fort dans la communauté scientifique. A l’inverse d’autres systèmes 2D, la synthèse des MXènes repose sur des protocoles impliquant des conditions d’exfoliation agressives (acides corrosifs, longues durées). Ceci pose des problèmes de sécurité et de coût, notamment pour un potentiel transfert industriel. C’est également un facteur limitant dans l’obtention de feuillets présentant des taux de défauts et des tailles contrôlés, un enjeu clé pour de nombreuses propriétés et applications.
Vos missions seront donc ici de développer une nouvelle approche de synthèse des MXènes basée sur une fragilisation sélective préalable de certaines liaisons chimiques dans les matériaux précurseurs, par implantation ionique. Cette approche permettra, sur la base de notre expertise dans le développement de milieux exfoliants contrôlés pour les MXènes [3,4,5], d’utiliser des conditions d’exfoliation beaucoup plus douces que celles utilisées actuellement, avec le but de significativement augmenter la taille des feuillets obtenus et de mieux contrôler les taux de défauts. Un tel protocole, validé par le consortium sur un MXène particulier (V2C) [6], devra être généralisé à d’autres systèmes, notamment Ti3C2, le MXene de référence. Une part importante du travail consistera également à caractériser de façon fine, et à différentes échelles (du macro au nano), les feuillets obtenus en s’appuyant sur les moyens expérimentaux et l’expertise du consortium. Ces données seront fondamentales pour les mesures des propriétés de stockage d’énergie des feuillets obtenus, mais également de leurs propriétés optiques et électriques, telles que prévue par les partenaires du projet ANR 2Dfects, les applications visées étant les supercondensateurs et les films minces transparents conducteurs.

[1] A. VahidMohammadi et al., The World of Two-Dimensional Carbides and Nitrides (MXenes). Science 2021, vol. 372, eabf1581.
[2] K. R. G. Lim et al., Fundamentals of MXene synthesis. Nature Synthesis 2022, vol. 1, p 601.
[3] X. Wang et al., A new etching environment (FeF3/HCl) for the synthesis of two-dimensional titanium carbide MXenes: a route towards selective reactivity vs. water. Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, p 22012
[4] M. Benchakar et al., One MAX phase, different MXenes: A guideline to understand the crucial role of etching conditions on Ti3C2Tx surface chemistry. Applied Surface Science 2020, vol. 530, p 147209
[5] L. Loupias et al., Guideline for synthesis and surface chemistry characterization of 2D Mo/Ti solid solutions based MXene. Application to hydrogen evolution reaction in alkaline media. FlatChem, vol 43, p 100596
[6] H. Pazniak et al., Ion Implantation Enhanced Exfoliation Efficiency of V2AlC Single Crystals: Implications for Large V2CTz Nanosheet Production. ACS Applied Nano Materials 2022, vol. 5, p 8029.

Activités

Vos activités consisteront à :
- Synthétiser les précurseurs des MXènes (i.e., les phases MAX) par des techniques de métallurgie des poudres maîtrisées à l’institut Pprime.
- Penser et réaliser les expériences d’implantation ionique en vous appuyant sur l’expertise de l’institut Pprime dans le domaine [1,2].
- Réaliser les exfoliations chimiques des MXènes en vous appuyant sur l’expertise de l’IC2MP dans le domaine [3,4,5].
- Caractériser finement par des approches d’imagerie, diffraction et de spectroscopie les feuillets obtenus en vous appuyant sur l’expertise conjointe de l’IC2MP et de l’institut Pprime [4-10]
Vous communiquerez autour de vos résultats lors de réunions d’avancement de projet et de congrès scientifiques mais également à travers la publication d’articles dans des revues internationales à comité de lecture.

[1] H. Pazniak et al., Ion Implantation as an Approach for Structural Modifications and Functionalization of Ti3C2Tx MXenes. ACS Nano 2021, vol 15, p 4245
[2] H. Pazniak et al., Ion Implantation Enhanced Exfoliation Efficiency of V2AlC Single Crystals: Implications for Large V2CTz Nanosheet Production. ACS Applied Nano Materials 2022, vol. 5, p 8029.
[3] X. Wang et al., A new etching environment (FeF3/HCl) for the synthesis of two-dimensional titanium carbide MXenes: a route towards selective reactivity vs. water. Journal of Materials Chemistry A, Vol. 5, p 22012
[4] M. Benchakar et al., One MAX phase, different MXenes: A guideline to understand the crucial role of etching conditions on Ti3C2Tx surface chemistry. Applied Surface Science 2020, vol. 530, p 147209
[5] L. Loupias et al., Guideline for synthesis and surface chemistry characterization of 2D Mo/Ti solid solutions based MXene. Application to hydrogen evolution reaction in alkaline media. FlatChem 2024, vol 43, p 100596
[6] F. Brette et al., XPS binding energy shifts in two-dimensional Ti3C2Tz MXene go largely beyond intuitive explanations: rationalization from DFT simulations and experiments. Accepted in Small Methods 2024
[7] F. Brette et al., Assessing the Surface Chemistry of 2D Transition Metal Carbides (MXenes): A Combined Experimental/Theoretical 13C Solid State NMR Approach. Journal of the American Chemical Society 2023, vol 145, p 4003
[8] S. Célérier et al., Hydration of Ti3C2Tx MXene: An Interstratification Process with Major Implications on Physical Properties. Chemistry of Materials 2019, vol. 31, p 454
[9] T. Bilyk et al., Plasmon spectroscopy for the determination of Ti3C2T x MXene few layer stacks architecture. 2D Materials 2022, vol. 9, p 035017
[10] V. Natu et al., A critical analysis of the X-ray photoelectron spectra of Ti3C2Tz MXenes. Matter 2021, vol.4, p 1224

Compétences

Nous recherchons un(e) candidat(e) titulaire d’un doctorat dans une discipline relevant de la science des matériaux (physique, chimie etc.). Un intérêt fort pour le travail expérimental, l’élaboration et la caractérisation des matériaux est nécessaire. Autonomie, curiosité scientifique, capacité à travailler en équipe et facilités de communication orale et écrite (anglais) sont requises. Des compétences en chimie des solutions et/ou en techniques de faisceaux d’ions seront considérées de façon très positives.

Contexte de travail

Ce contrat CNRS, d’une durée de 18 mois, est financé dans le cadre du projet ANR 2Dfects (2025-2029) dont la gestion financière est assurée par le CNRS. Vous travaillerez conjointement entre l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP - https://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/) et l’Institut Pprime (https://pprime.fr/), à Poitiers également (les sites sont distants de 20 min en transport). L’accès aux deux laboratoire permettra de profiter de l’ensemble des techniques expérimentales requises pour mener à bien le projet:
- Salle de chimie adaptée aux attaques acides, spectroscopies XPS et Raman, DRX, ICP, analyses chimiques CHNS, microscopie à balayage à l’IC2MP
- Implanteur ionique, microscopie électronique en transmission (TEM) et à balayage, microscopie à force atomique à l’institut Pprime

Le contexte pluridisciplinaire du projet 2Dfects vous permettra également de profiter de l’expertise des autres partenaires en termes de microscopie électronique corrigée des aberrations (Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes, IMN) et d’étude des propriétés de stockage énergétique (IMN) et de propriétés électroniques (Institut Pprime).

Contraintes et risques

Des déplacements de courte durée en France sont à prévoir (réunions de projet).
Le laboratoire Pprime est en zone à régime restrictif et une enquête sera menée sur la personne recrutée pour accéder aux locaux.
La personne recrutée devra respectée toutes les consignes inhérentes à des laboratoires de chimie et physique expérimentaux du CNRS, en particulier concernant la manipulation d’acides (une formation spécifique sera mise en place pour la manipulation d’acide fluorhydrique) et les rayons ionisants (implantation, microscopie électronique en transmission).

Informations complémentaires

Ce financement rentre dans le cadre du projet ANR 2Dfects