Missions

L'objectif principal du projet est de développer un processus d'électrodéposition pour obtenir des alliages multi métalliques et à haute entropie (AHE) avec des compositions et des formes contrôlées. L'électrodéposition est une méthode prometteuse pour obtenir des matériaux multi-métalliques et des AHE dans des conditions de température et pression ambiantes, et il a déjà été démontré que des particules métalliques facettées peuvent être synthétisées avec une forme contrôlée en choisissant soigneusement le potentiel appliqué et les ligands présents en solution.[1] La microscopie électronique à transmission en cellule électrochimique in situ (EC-TEM) permet d'obtenir des informations en temps réel sur la nucléation et la croissance des nanoparticules par électrodéposition. [2,3] Dans le cadre de ce projet, l'EC-TEM sera utilisée pour étudier in situ les premières étapes de nucléation des alliages multi-métalliques et à haute entropie par électrodéposition, dans le but de comprendre le mécanisme de dépôt en fonction du potentiel appliqué et de la composition de l'électrolyte.
Le ou la candidate retenu-e commencera par optimiser le processus d'électrodéposition ex situ pour obtenir des particules mono- et bimétalliques avec une forme contrôlée, par exemple des cubes et des octaèdres. Dans un second temps, d'autres métaux seront ajoutés progressivement pour comprendre leur effet sur la nucléation des particules, la croissance et la forme finale. Le candidat sera également responsable de l'adaptation du processus d'électrodéposition au porte-échantillon EC-TEM.
Contexte de la recherche :
Les Alliages à Haute Entropie (AHE) sont une classe spéciale d'alliages multimétalliques composés de cinq ou plus éléments différents, avec des concentrations atomiques allant de 5 % à 35 %. Il a été démontré que le mélange de cinq ou plus métaux peut entraîner la formation de solutions solides simples à phase unique, comblant dans certains cas le gap de solubilité des métaux immiscibles dans les composés bi- et trimétalliques.[4] Au-delà de l'intérêt fondamental pour leurs propriétés structurelles, les AHE ont récemment suscité un intérêt croissant pour leurs applications potentielles en électrocatalyse et dans le stockage de l'hydrogène. Plusieurs auteurs ont observé une activité et une stabilité supérieures des AHE par rapport aux catalyseurs standards, dans différentes réactions électrocatalytiques telles que la réduction de l'oxygène (ORR), la réduction du méthanol (MOR) et l'évolution de l'oxygène (OER).[5–7] Les approches de synthèse typiques nécessitent des températures élevées (700°C-1000°C) suivies d'un trempe rapide. Bien que ces stratégies soient très efficaces pour obtenir des AHE homogènes, elles ne permettent pas de contrôler la forme et la taille des nanoparticules des AHE. [4,8] Le contrôle de forme et taille est utile en catalyse, car différentes facettes n'ont pas la même énergie de surface, et donc la même activité, vis-à-vis des intermédiaires de réaction. Par conséquent, nous prévoyons d'explorer l'électrodéposition comme méthode de synthèse pour les alliages à haute entropie (HEA) en alternative aux méthodes conventionnelles à haute température, et d'utiliser la microscopie électronique en transmission environnementale in situ (EC-TEM) pour élucider le mécanisme de formation.

[1] N. Tian, Z.-Y. Zhou, N.-F. Yu, L.-Y. Wang, S.-G. Sun, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7580.
[2] N. M. Schneider, J. H. Park, J. M. Grogan, D. A. Steingart, H. H. Bau, F. M. Ross, Nat Commun 2017, 8, 2174.
[3] R. M. Arán-Ais, R. Rizo, P. Grosse, G. Algara-Siller, K. Dembélé, M. Plodinec, T. Lunkenbein, S. W. Chee, B. R. Cuenya, Nat Commun 2020, 11, 3489.
[4] Y. Yao, Z. Huang, P. Xie, S. D. Lacey, R. J. Jacob, H. Xie, F. Chen, A. Nie, T. Pu, M. Rehwoldt, D. Yu, M. R. Zachariah, C. Wang, R. Shahbazian-Yassar, J. Li, L. Hu, Science 2018, 359, 1489.
[5] T. A. A. Batchelor, J. K. Pedersen, S. H. Winther, I. E. Castelli, K. W. Jacobsen, J. Rossmeisl, Joule 2019, 3, 834.
[6] H. Li, Y. Han, H. Zhao, W. Qi, D. Zhang, Y. Yu, W. Cai, S. Li, J. Lai, B. Huang, L. Wang, Nat Commun 2020, 11, 5437.
[7] S. Li, X. Tang, H. Jia, H. Li, G. Xie, X. Liu, X. Lin, H.-J. Qiu, Journal of Catalysis 2020, 383, 164.
[8] Y. Yang, B. Song, X. Ke, F. Xu, K. N. Bozhilov, L. Hu, R. Shahbazian-Yassar, M. R. Zachariah, Langmuir 2020, 36, 1985.

Activités

• Développer un protocole d'électrodéposition pour obtenir des nanoparticules multi-métalliques avec une forme et une composition contrôlée.
• Caractérisation ex-situ des particules électrodéposées principalement par TEM et SEM.
• Adapter le protocole d'électrodéposition pour être observé par EC-TEM.
• Caractérisation in situ de la nucléation et de la croissance des nanoparticules multi-métalliques et des AHE par EC-TEM.
• Traitement de larges volumes de données générés par le EC-TEM
• Rédaction de rapports scientifiques et d'articles.
• Présentation des résultats scientifiques lors de conférences nationales et internationales.
• Enseignement de TP et TD à l'université (optionnel).

Compétences

Nous recherchons un ou une candidat-e avec une solide expertise en électrochimie, motivé-e pour apprendre la microscopie électronique et l'adapter à l'étude des processus électrochimiques et d'électrodéposition. Cependant, les candidat-es ayant une expertise en microscopie électronique sont également invités à postuler.

Contexte de travail

L'Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), où le projet se déroulera, est un laboratoire renommé en France et à l'étranger pour la chimie des matériaux et la physique de l'état solide, avec nombreuses plateformes allant de la microscopie électronique (balayage et transmission) à la caractérisation par rayons X, la nanofabrication, etc. Il est situé sur le campus de Cronenbourg, très bien relié au centre de Strasbourg par les lignes de bus G, 17 et 19.
Le projet sera réalisé au sein du groupe 3D TEM, basé à l'Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, France. Notre expertise réside dans l'étude des matériaux pour l'énergie par TEM in situ, à la fois en environnement gazeux et liquide, ainsi que la reconstruction 3D par tomographie TEM de matériaux nanostructurés et fragiles. Dans le groupe, nous disposons de porte-échantillons in situ pour atmosphères gazeuse et liquide, et de deux microscopes électroniques, dont un équipé d'un correcteur Cs pour la microscopie électronique en transmission à balayage (STEM) et une source d'électrons Schottky. En décembre 2024, un nouveau microscope sera installé (JEOL Grand ARM2), avec une tension d'accélération de 300 kV, un correcteur d'image pour augmenter la résolution spatiale jusqu'à ~100 pm et la possibilité d'atteindre une résolution temporelle de 1 µs, idéal pour l'imagerie in situ des phénomènes très rapides de nucléation et de croissance. Dans cet environnement, le candidat bénéficiera également du réseau de collaboration de l'équipe 3D-TEM, tant en France qu'à l'étranger, et aura la possibilité de participer à un large consortium travaillant sur la découverte pilotée par l'IA de nouveaux AHEs pour l'électrocatalyse, impliquant deux laboratoires à Paris pour la chimie de l'état solide (LCMCP) et l'électrocatalyse (LEM), le Synchrotron SOLEIL (ligne de lumière ROCK) et l'IFPEN à Lyon pour l'intelligence artificielle.

[9] M. L. De Marco, W. Baaziz, S. Sharna, F. Devred, C. Poleunis, A. Chevillot-Biraud, S. Nowak, R. Haddad, M. Odziomek, C. Boissière, D. P. Debecker, O. Ersen, J. Peron, M. Faustini, n.d., 13.
[10] N. Ortiz Peña, D. Ihiawakrim, M. Han, B. Lassalle-Kaiser, S. Carenco, C. Sanchez, C. Laberty-Robert, D. Portehault, O. Ersen, ACS Nano 2019, 13, 11372.
[11] M. L. De Marco, O. Smith, F. Thorimbert, C. Boissière, L. Nicole, J.-M. Krafft, C. Sanchez, M. Faustini, Chem. Mater. 2023, 35, 7164.



Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.