Description du sujet de thèse

L’électrification des processus industriels et des transports basés sur les combustibles fossiles nécessite de nouveaux matériaux capables de stocker et de convertir l’énergie électrique. Les matériaux électrocatalytiques et (photo)électrocatalytiques offrent une opportunité prometteuse pour produire des carburants et des produits chimiques renouvelables. Cependant, améliorer l’efficacité et la sélectivité des réactions (photo)électrochimiques reste un défi majeur.

De manière empirique, il est observé que les défauts, tels que les lacunes en oxygène et les polarons, jouent un rôle clé en catalyse. Ces défauts sont considérés comme les sites catalytiques actifs. Toutefois, le mécanisme exact par lequel ces défauts influencent la réactivité chimique est encore mal compris. Cette thèse vise à développer de nouveaux outils pour étudier le rôle des défauts dans les solides dédiés à la conversion d’énergie. Plus précisément, le/la candidat(e) explorera et développera de nouvelles approches utilisant des impulsions lumineuses continues et ultra-courtes afin de visualiser ces défauts et de les manipuler à la demande.

Ce projet de doctorat se situe à l’interface entre la photo-(électro)catalyse et la spectroscopie et vise à développer et mettre en œuvre de nouvelles stratégies, telles que le contrôle optique avec détection de photocourant, pour révéler le rôle des défauts dans des réactions chimiques clés. Parmi ces réactions figurent la réduction du CO₂, la valorisation des composés organiques ou encore la dissociation de l’eau pour produire du dihydrogène (H₂). La thèse s’appuiera sur des équipements d’électrochimie, de cristallographie et de spectroscopie résolue en temps disponibles à Rennes. De plus, des expériences dans des infrastructures de grande échelle, telles que les synchrotrons et les lasers à électrons libres X (XFEL), seront probablement nécessaires.

Contexte de travail

Nous recherchons un(e) candidat(e) très motivé(e), souhaitant évoluer dans un environnement de recherche collaboratif. Le/la candidat(e) devra posséder des connaissances de base et une volonté d’approfondir ses compétences dans les domaines des sciences des matériaux, de la photonique, de l’électrochimie et de la photoélectrochimie, ainsi que de la cristallographie et de la spectroscopie ultrarapide. Une familiarité avec différentes techniques expérimentales, telles que la spectroscopie (optique ou aux rayons X) et la diffraction des rayons X, serait un atout. Une expérience dans le traitement des données (Python ou logiciels similaires) ainsi qu’un intérêt pour le développement d’expériences dans des installations de grande échelle sont également souhaitables.

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.