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H/F DoctorantNouveaux catalyseurs intermétalliques pour la synthèse de l'ammoniac

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Informations générales

Référence : UMR5026-FREBON0-040
Lieu de travail : PESSAC
Date de publication : mercredi 6 novembre 2019
Nom du responsable scientifique : Etienne GAUDIN
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 janvier 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'amélioration du procédé de synthèse de l'ammoniac représente un enjeu majeur dans la mesure où NH3 est l'un des composés chimiques les plus produits au monde. L'ammoniac sert de précurseur pour la fabrication de nombreux composés azotés, notamment d'engrais largement utilisés dans l'agriculture. La synthèse de l'ammoniac se fait principalement par le procédé Haber-Bosch à partir de H2 et N2 gazeux et à l'aide de catalyseurs au fer. Cependant, ce procédé industriel nécessite l'utilisation de hautes températures et de hautes pressions pour avoir un rendement efficace, ce qui implique une consommation énergétique particulièrement élevée.
Ce travail de thèse vise à explorer en détails de nouveaux catalyseurs supportés à base d'électrures intermétalliques RTX (R = terre rare ; T = métal de transition; X = Si, Ge) de structure-type CeScSi pour promouvoir la synthèse catalytique de l'ammoniac dans des conditions plus douces et donc réduire le coût énergétique. Les matériaux électrures possèdent un excès d'électrons localisés périodiquement dans le cristal. La capacité de ces matériaux à transférer ces électrons permet de promouvoir la dissociation d'une molécule adsorbée (N2) en affaiblissant sa liaison chimique. Cette étude est motivée par la découverte très récente des propriétés catalytiques exceptionnelles de certains siliciures lorsqu'ils sont combinés au ruthénium. Les activités catalytiques remarquables de ces matériaux s'expliquent par leur capacité à fournir des électrons au ruthénium et à absorber réversiblement l'hydrogène dans les conditions de synthèse de NH3 (N2+H2), ce qui évite notamment l'empoisonnement du Ru par l'hydrogène.
Le travail du/de la doctorant(e) consistera à synthétiser ces catalyseurs intermétalliques (par fusion des éléments à l'aide d'un four à arc ou à induction) et à déterminer leurs propriétés d'absorption/désorption de l'hydrogène. De plus, il/elle réalisera le dépôt de ruthénium nanométrique sur ces matériaux qui seront caractérisés par diffraction de rayons X, microscopie TEM/SEM et par spectrométrie ICP-OES. L'objectif est de trouver quelles sont les compositions chimiques qui permettent d'obtenir les meilleurs rendements pour la synthèse de NH3. On jouera principalement sur la nature de la terre rare. Des calculs de structures électroniques par DFT permettront également d'explorer le caractère électrure de ces nouvelles phases. Ces calculs permettront de nous aider dans le choix des compositions des catalyseurs.
La thèse se déroulera à l'Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), un laboratoire internationalement reconnu pour son expertise en chimie du solide, sciences des matériaux et sciences moléculaires. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet INTERMETALYST (« Electrures intermétalliques : De nouveaux matériaux pour la synthèse catalytique de l'ammoniac ») financé par l'ANR et se fera donc en étroite collaboration avec des experts de la catalyse de l'Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers (IC2MP). Des déplacements/séjours à Poitiers (IC2MP) seront donc à prévoir au cours de la thèse.
Le/La candidat(e) devra posséder un master 2 en chimie du solide ou en science des matériaux. Le candidat devra posséder des bases solides en chimie du solide et en diffraction des rayons X (poudre et/ou monocristaux). Une expérience en synthèse d'intermétalliques serait un atout. Il/elle doit avoir une aisance en communication écrite et orale (en particulier en anglais).

Contexte de travail

Créé en 1995, l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB)
focalise ses recherches sur la Chimie du Solide, la Science des Matériaux et les
Sciences Moléculaires : concevoir, préparer, mettre en forme et caractériser les
matériaux pour découvrir, maîtriser et optimiser des fonctions spécifiques.
L'ICMCB réalise des recherches fondamentales sur des matériaux modèles et/ou
susceptibles d'avoir des applications.
La complémentarité des approches et la synergie ainsi créées ont permis à l'Institut
de conforter sa position nationale et internationale dans le domaine des matériaux.

Contraintes et risques

néant

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