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Thèse en Physico-Chimie à l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : jeudi 20 mai 2021

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Informations générales

Référence : UMR6226-BRUFAB-002
Lieu de travail : RENNES
Date de publication : jeudi 29 avril 2021
Nom du responsable scientifique : FABRE Bruno
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 4 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

PRODUCTION ELECTROCHIMIQUE OPTIMISEE DE H2 A PARTIR D'ELECTRODES METALLIQUES TEXTUREES ET POREUSES

La production de H2 à partir de la réduction électrochimique de l'eau ou des protons sur des matériaux d'électrodes catalytiques suscite actuellement un grand intérêt au sein de la communauté internationale. En effet, le H2 est très attrayant en raison de sa haute densité énergétique massique, qui est environ trois fois supérieure à celle de l'essence. Dans ce contexte, l'efficacité du dégagement des bulles de H2 et de O2 produites respectivement à la cathode et à l'anode, influence grandement le rendement d'un électrolyseur, ce qui représente un enjeu critique pour une électrocatalyse performante.

Le travail de thèse que nous proposons consistera à :

(i) préparer des surfaces d'électrodes texturées et poreuses mono- et bimétalliques à base de Ni permettant le contrôle de la nucléation, la croissance, la coalescence et le transport des bulles d'H2 ;
(ii) caractériser les électrodes catalytiques en utilisant une combinaison de techniques de caractérisations de surfaces (SEM, XPS et EDX) ;
(iii) évaluer le potentiel des électrodes optimisées pour la production électrolytique de H2 dans des électrolyseurs sans membrane.
L'étape finale du projet consistera en la mise en œuvre d'un électrolyseur sans membrane produisant efficacement du H2 de haute pureté à partir de matériaux abondants et peu coûteux.

Le(la) doctorant(e) fabriquera les électrodes métalliques texturées et poreuses à partir de techniques de lithographie et d'impression 3D par fusion laser. Il/Elle effectuera leurs caractérisations électrochimiques/électrocatalytiques et déterminera les paramètres de performance (surpotentiel, densités de courant et stabilité à long terme) pour les réactions de dégagement d'hydrogène et d'oxygène. Le(la) doctorant(e) recruté(e) collaborera avec une équipe de physiciens de l'Institut de Physique de Rennes (IPR) sur la conception et le développement du dispositif expérimental permettant de suivre la dynamique des bulles de gaz pendant l'électrocatalyse (vidéographie à haute vitesse couplée à un potentiostat).

Profil du candidat :
Nous recherchons un(e) candidat(e) très motivé(e), titulaire d'un Master en Chimie-Physique, possédant des connaissances essentiellement en électrochimie et en chimie des surfaces (une expérience en sciences des matériaux serait également appréciée). Il (elle) interagira fortement avec l'IPR pour l'étude de la dynamique des bulles de gaz mais aussi avec l'Ecole Normale Supérieure de Rennes (SATIE) pour l'optimisation topologique 3D des électrodes. Il (elle) sera encadré(e) par deux chercheurs permanents du CNRS et interagira avec un autre doctorant.

Références pertinentes:
1) J. Tourneur, B. Fabre, et al. Molecular and Material Engineering of Photocathodes Derivatized with Polyoxometalate-Supported {Mo3S4} HER Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 11954.
2) M. Kerdraon, JD. McGraw, B. Dollet and M.-C. Jullien, Self-Similar Relaxation of Confined Microfluidic Droplets, Phys. Rev. Lett. 2019, 123, 024501.

Contexte de travail

L'équipe Matière Condensée et Systèmes Electroactifs (MaCSE) de l'UMR 6226 "Institut des Sciences Chimiques de Rennes" rassemble des chimistes et physico-chimistes autour du concept de transfert d'électron, dans les solides (matériaux moléculaires) et aux interfaces (électrochimie, surfaces modifiées). La fonctionnalisation des surfaces (semi-conducteurs, carbone et métaux) est une thématique importante de notre groupe que nous développons avec une approche électrochimique. En d'autres termes, nous nous intéressons principalement à des systèmes où le transfert d'électron joue un rôle primordial, soit lors de la construction de l'interface, soit dans les mécanismes intervenant au sein de l'interface modifiée, dans leurs propriétés ou simplement dans la méthodologie relative à leur étude.

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