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Offre de thèse (H/F): explorer les mécanismes de diffusion de l'oxygène par diffusion des neutrons

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Informations générales

Référence : UMR5253-MONCER-001
Lieu de travail : MONTPELLIER
Date de publication : mardi 26 novembre 2019
Nom du responsable scientifique : Monica CERETTI
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 février 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Exploration des mécanismes de diffusion de l'oxygène dans Pr2NiO4+d in situ par diffusion des neutrons: interaction entre la structure et la dynamique du réseau.

Le projet vise à étudier l'impact de la dynamique du réseau et la mise en ordre de l'oxygène sur l'amplification de la mobilité de l'oxygène à basse température dans Pr2NiO4+d, un oxide de la famille K2NiF4. Cela permettra notamment d'évaluer et d'étendre un mécanisme de diffusion d'oxygène assisté par phonon récemment proposé, permettant de rationaliser les caractéristiques de mobilité de l'oxygène dans les oxydes solides, de la température ambiante. modérée.
Au cours des dernières décennies, Pr2NiO4+d a été largement étudié en tant que candidat potentiel pour les membranes à oxygène ou les électrolytes dans les piles à combustible à oxyde solide (SOFC), car il présente un taux de diffusion élevé de l'oxygène à des températures modérées. Il peut absorber de manière réversible une quantité importante d'oxygène, ce qui donne Pr2NiO4.25 comme charge maximale. La présence d'atomes d'oxygène intercalés induit un important désordre local, entraînant de grands déplacements anisotropes des atomes d'oxygène apicaux. Ces déplacements sont supposés déclencher de manière dynamique des voies de diffusion d'oxygène entre les sites apical et interstitiel via un mécanisme de diffusion assisté par phonon. Notre motivation ici est d'explorer le rôle spécifique des atomes d'oxygène interstitiels sur le mécanisme de diffusion de l'oxygène in situ à des températures modérées. La structure et la dynamique de réseau de Pr2NiO4+d non stœchiométrique seront étudiées sur des monocristaux, combinant des expériences de diffusion de neutrons élastiques et inélastiques, réalisée in-situ dans un four à miroir spécialement conçu équipé d'une cellule de réaction à quartz, permettant de travailler sous atmosphère contrôlée. Ces études seront complétées par des expériences in situ avec le rayonnement synchrotron permettant de suivre l'intercalation / dés-intercalation de l'oxygène sur des monocristaux par diffraction et diffusion inélastique des rayons X à l'ESRF. Toutes les approches expérimentales seront accompagnées d'études théoriques, basées sur la théorie de la densité fonctionnelle (DFT), en particulier pour l'étude de la dynamique du réseau. L'approche expérimentale novatrice consiste à réaliser toutes les expériences in situ sur des monocristaux bien définis et de haute qualité. La disponibilité de monocristaux de haute qualité est donc indispensable pour obtenir des informations anisotropes utiles sur la cinétique de diffusion et les énergies d'activation associées, mais également pour toutes les études structurales et de dynamique de réseau. Pour cette raison, la croissance de grands monocristaux de Pr2NiO4+δ de haute qualité constitue l'un des jalons les plus importants du projet.
Dans le cadre de ce projet, la personne recrutée se concentrera principalement sur la croissance de monocristaux par la méthode de la zone flottante (four à image), ainsi que sur les études structurelles (structures proportionnelles et incommensurables) par des expériences in situ de diffusion de neutrons / rayons X au laboratoire et aux grands instruments (neutrons et synchrotron). Une grande partie du travail de thèse se déroulera à l'Institut Charles Gerhard (Montpellier), mais la personne recrutée passera probablement beaucoup de temps au MLZ à Garching (Allemagne) pour des expériences de diffusion neutronique. Le(la) candit(e) doit être titulaire d'un master en sciences des matériaux, chimie / physique de l'état solide, et sera inscrit à l'école doctorale "Sciences Chimiques Balard" de l'Université de Montpellier. Ce projet a été financé par l' ANR dans le cadre d'un contrat bilatéral avec la DFG / Allemagne. Il s'agit d'une collaboration entre le groupe du professeur W. Paulus (Institut Charles Gerhard à Montpellier) et le réacteur FRM2 de Munich (MLZ/Garching, Allemagne). Le financement est déjà disponible et le contrat peut commencer immédiatement.

Contexte de travail

Le projet de recherche se déroulera au sein de l'Institut de chimie moléculaire et des matériaux (Institut Charles Gerhardt Montpellier, ICGM). L'ICGM est une unité de recherche commune (UMR 5253) créée en janvier 2007 et soutenue par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), l'Université de Montpellier (UM) et l'École nationale supérieure de chimie de Montpellier (CNRS). ENSCM) et il représente 220 permanents et accueille en moyenne plus de 200 non-permanents (doctorants, post-doctorants, invités….). L'ICGM est un laboratoire multidisciplinaire travaillant dans les domaines de l'énergie, de l'environnement et de la santé. Organisée en trois départements scientifiques, la recherche à l'Institut s'articule autour de trois grands domaines: (i) les molécules aux matériaux, (ii) les matériaux avancés et (iii) la modélisation. Notre groupe fait partie du département de chimie des solides et travaille activement à l'exploration des mécanismes de diffusion de l'oxygène à basse température dans les oxydes solides. Dans ce contexte, nous sommes intéressés à mieux comprendre les mécanismes de diffusion sous-jacents à l'échelle atomique, ce qui est important pour les applications technologiques dans l'ionique à l'état solide comme l'optimisation des matériaux de batterie, des membranes / électrolytes de piles à combustible ou des capteurs. Le candidat retenu travaillera au sein du département de chimie du solide, qui offre l'accès à une large gamme d'équipements adaptés à la synthèse et à la caractérisation structurale des matériaux considérés dans ce projet. En outre, le candidat bénéficiera de séjours dans de grandes installations internationales, notamment du réacteur FRM2 de Munich (Allemagne) avec nos collaborateurs du projet ANR, pour mener des expériences de diffusion neutron / synchrotron

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