Description du sujet de thèse

Les matériaux photo-électrocatalytiques à base d’éléments abondants sur Terre, comme les oxydes de métaux de transition à base de fer et de nickel, offrent une opportunité précieuse pour produire des carburants et des produits chimiques renouvelables en remplacement des énergies fossiles. Cependant, améliorer l’efficacité et la sélectivité de ces réactions reste un défi majeur. Le problème central réside dans notre compréhension encore limitée de la réactivité de surface de ces matériaux et des cycles catalytiques en jeu.

Lors d’une réaction (photo)électrochimique, plusieurs intermédiaires réactifs se forment à la surface du matériau. Leur stabilité énergétique et leurs interactions avec les autres espèces présentes dans le milieu réactionnel, ou encore avec les défauts du solide, déterminent en grande partie l’issue de la réaction. Jusqu’à présent, l’étude de ces intermédiaires était complexe, mais les récentes avancées en spectroscopie permettent désormais de visualiser ces espèces actives avec une précision inédite. De plus, l’association de ces techniques avec de nouveaux outils optiques ouvre la possibilité de contrôler, en temps réel, les mécanismes réactionnels.

Ce projet de doctorat vise à développer de nouvelles approches spectroscopiques pour identifier les intermédiaires réactionnels impliqués dans les transformations (photo)électrochimiques et à établir des modèles mécanistiques de réactivité. Le ou la doctorant(e) mettra également en place des méthodes innovantes pour moduler les interactions entre intermédiaires et ainsi influencer le mécanisme réactionnel et la sélectivité des produits obtenus.

À l’interface entre la physique et la chimie, ce projet s’appuiera sur des techniques avancées de spectroscopie et de modulation optique pour étudier des systèmes chimiques prometteurs dans le domaine de la conversion d’énergie. Les matériaux étudiés seront principalement des oxydes métalliques capables de catalyser des réactions d’oxydation, comme l’oxydation de composés organiques en produits à forte valeur ajoutée ou la réaction de dissociation de l’eau. Le travail expérimental s’appuiera sur les équipements en (photo)électrochimie, cristallographie et spectroscopie disponibles à Rennes. Des expériences sur des installations de grande envergure (synchrotrons, lasers à électrons libres X) sont également à prévoir.

Contexte de travail

Nous recherchons un(e) candidat(e) très motivé(e), désireux(se) de travailler dans un environnement collaboratif. Il/elle devra avoir des bases solides et souhaiter approfondir ses connaissances en science des matériaux, (photo)électrochimie, cristallographie et spectroscopie. Une expérience préalable en spectroscopie (optique ou X) ainsi qu’une familiarité avec les outils de traitement des données (Python ou équivalent) seront un plus. Un intérêt pour le développement d’expériences sur des installations de grande échelle sera également apprécié.

Contraintes et risques

Le/la candidat(e) travaillera au CNRS et sera spécifiquement rattaché(e) au Département Matériaux et Lumière de l’Institut de Physique de Rennes. Nous sommes une équipe internationale et hautement collaborative, composée de plus de 20 chercheurs travaillant dans les domaines de la spectroscopie ultrarapide, de la cristallographie et de la conversion d’énergie. Nos infrastructures de recherche comprennent quatre lasers ultrarapides, deux spectromètres de diffraction, des équipements de dépôt d’échantillons ainsi que des dispositifs électrochimiques. Notre groupe bénéficie de financements de l’ERC, de l’ANR, de Rennes Métropole et dirige le laboratoire international du CNRS DYNACOM, en partenariat avec l’Université de Tokyo.