Description du sujet de thèse

Structure et dynamique dans les oxydes de type pérovskite déficients en oxygène

Cette thèse porte sur la synthèse (état solide et croissance cristalline), la caractérisation structurale et microstructurale par diffraction des rayons X (laboratoire/synchrotron) et par diffusion de neutrons, complétée par des simulations théoriques de la structure, de la dynamique ainsi que des propriétés magnétiques, afin de mieux comprendre les mécanismes de diffusion ionique dans les oxydes solides, en particulier à température modérée.

Contexte de travail

Les oxydes de type pérovskite et Ruddlesden-Popper constituent une classe de matériaux fascinante, dotée de nombreuses applications technologiques, notamment comme conducteurs ioniques pour le stockage et la conversion d’énergie, (électro)catalyseurs, dispositifs pour cellules solaires, dans le domaine du magnétisme, et bien d’autres. Leurs propriétés électroniques peuvent être modulées par substitution cationique et ajustement de la stœchiométrie en oxygène, conduisant à des structures locales complexes avec micro-gemellité et ordre des lacunes en oxygène.

Le raffinement structural basé sur des méthodes de diffusion jusqu’à des valeurs élevées de q (analyse PDF par neutrons et rayons X) a révélé des caractéristiques cachées telles que des canaux de lacunes unidimensionnels et des nano-domaines Brownmillerite au sein de la phase pérovskite. Ces résultats sont en accord avec l’analyse des spectres RMN 17O à angle magique, qui mettent également en évidence les environnements locaux.

Combiné au fait qu’un recuit contrôlé à haute température permet de faire varier et de contrôler la taille des domaines, ces phases présentent une structure de domaine particulière avec des périodicités mésoscopiques, constituée de blocs Brownmillerite (BBB) interconnectés par une zone d’interface. Ces structures exhibent des périodicités mésoscopiques et des interfaces favorisant les réactions catalytiques et les chemins de diffusion ionique.

Le caractère polarisant de ces interfaces est particulièrement intéressant pour promouvoir les réactions catalytiques, par exemple à l’interface gaz-solide, en présence de molécules possédant un moment dipolaire.

Contraintes et risques

NO