Description du sujet de thèse

L'électrification des processus basés sur les combustibles fossiles dans l'industrie et les transports nécessite de nouveaux matériaux capables de stocker et de transduire l'énergie électrique. Les matériaux électrocatalytiques et (photo)électrocatalytiques offrent une excellente opportunité de produire des carburants et des produits chimiques renouvelables. Cependant, améliorer l'efficacité et la sélectivité des réactions (photo)électrochimiques reste un grand défi. Par exemple, il y a beaucoup d'intérêt pour la conversion du CO2 en produits chimiques précieux comme le méthanol. Cependant, les catalyseurs disponibles sont souvent non sélectifs et de nombreux produits sont obtenus simultanément, ce qui entrave significativement leur applicabilité industrielle. L'un des principaux problèmes réside dans la difficulté de caractériser et de contrôler l'interface catalytique dans des conditions de travail. Cette thèse développera de nouveaux outils pour contrôler les réactions catalytiques à la demande.

Au cours des dernières décennies, il y a eu des progrès incroyables dans le développement de sources laser pouvant être utilisées pour manipuler la matière à la demande. Par exemple, il a été démontré que des excitations optiques sélectives peuvent générer des phases technologiquement pertinentes comme un état semblable à la supraconductivité, ce qui pourrait révolutionner l'électronique. Jusqu'à présent, cette approche n'a été intensivement explorée que pour contrôler les matériaux quantiques et son application à la catalyse reste inexplorée. Pourtant, le contrôle optique pourrait révolutionner la manière dont la catalyse est réalisée. Une opportunité passionnante pourrait être d'utiliser des impulsions lumineuses ciblées pour contrôler les étapes du cycle catalytique et donc ajuster la sélectivité des réactions à la demande.

Ce projet de doctorat se situe à l'interface entre la physique de la matière condensée et l'électrochimie et développera et mettra en œuvre des stratégies de contrôle optique pour contrôler les mécanismes de réaction à la demande. Ces réactions incluent la réduction du CO2 ou la dissociation de l'eau pour générer de l'H2. Cette thèse s'appuiera sur les équipements d'électrochimie, de cristallographie et de spectroscopie résolue en temps disponibles à Rennes. Il est probable que vous solliciterez du temps d'expérience dans des installations à grande échelle, en particulier des synchrotrons et des lasers à électrons libres de rayons X.

La littérature pertinente comprend : (1) https://www.nature.com/articles/nphys2055; (2) https://www.nature.com/articles/s41578-022-00433-0 ; (3) https://www.nature.com/articles/s41570-024-00575-5, (4) https://doi.org/10.1038/nchem.2695 (6) https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.9b09056

Contexte de travail

Les Candidates: Nous recherchons un candidat motivé, intéressé à travailler dans un environnement collaboratif et international. Les candidats devraient avoir des connaissances de base et le désir d'approfondir leur compréhension dans les domaines de la science des matériaux, de la photonique, de l'électrochimie et de la photo-électrochimie, ainsi que de la cristallographie et de la spectroscopie ultra-rapide. Ils devraient être familiers avec différentes techniques expérimentales telles que la spectroscopie (optique ou de rayons X) et la diffraction des rayons X. Il est souhaitable que les candidats maîtrisent les programmes de traitement de données (comme Python ou similaire) et soient intéressés à développer des expériences dans les installations TGIR telles que les synchrotrons et les XFEL.

Notre département. Le candidat travaillera au CNRS et sera spécifiquement rattaché au Département des Matériaux et de la Lumière à l'Institut de Physique de Rennes. Nous sommes une équipe hautement collaborative et internationale, comptant plus de 20 chercheurs travaillant dans les domaines de la spectroscopie ultra-rapide, de la cristallographie et de la conversion d'énergie. Nos installations de recherche comprennent 4 lasers ultra-rapides, 2 spectromètres de diffraction, du matériel de dépôt d'échantillons ainsi que des capacités électrochimiques. Notre groupe a reçu un financement de l'ERC, de l'ANR ou de Rennes Métropole et le Département dirige le laboratoire international CNRS DYNACOM en partenariat avec l'Université de Tokyo.
Lien vers le site web: https://ipr.univ-rennes.fr/en/materials-and-light-departement