Description du sujet de thèse

La photocatalyse dans le visible est l'une des solutions les plus prometteuses pour considérer les problèmes énergétiques et environnementaux, grâce à la production de carburants solaires. Parmi ces derniers, la production d'hydrogène par dissociation photocatalytique de l'eau apparaît comme un défi majeur. Parmi les différents types de semi-conducteurs testés comme photocatalyseurs, les chalcogénures lamellaires apparaissent comme des candidats avantageux, en particulier si l'on cherche à capter la lumière visible.
L'objectif de ce doctorat est d'explorer en profondeur les potentialités de nouveaux sulfures ambipolaires en couches, appelés CIGSn, en tant que photocatalyseurs pour la production d'hydrogène dans le visible. Notre groupe a récemment identifié ces composés dans le système Cu2S-In2S3-Ga2S3 et a commencé à explorer leur potentiel pour des applications photoinduites (http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b03686, https://theses.hal.science/tel-04624371).
Pour améliorer leur activité photocatalytique, deux approches seront utilisées : le contrôle de l'épaisseur des nanoparticules photocatalytiques et la conception d'hétérojonctions 2D par association avec le co-catalyseur MoS2. Une attention particulière sera accordée à l'étude de la relation entre l'ambipolarité des catalyseurs et leur activité photocatalytique. Pour ce faire, des nanoplaquettes de CIGSn seront préparées par exfoliation de nanopoudres de CIGSn, préalablement obtenues par synthèse solvothermale assistée par micro-ondes. Dans un deuxième temps, des hétérojonctions MoS2-CIGSn ultrafines seront également préparées. Après une caractérisation multi-échelle combinant des techniques d'analyse structurelle et chimique (XRD, Raman, EDX et imagerie HAADF-STEM), les propriétés photocatalytiques HER et OER de ces matériaux seront caractérisées en profondeur en utilisant des co-réactifs adaptés aux composés chalcogénures. Les diagrammes d'énergie seront déterminés en combinant des techniques complémentaires (EIS, XPS et photoelectrochimie) et ils seront comparés aux calculs DFT effectués, pour déterminer les propriétés globales des nouveaux photocatalyseurs.
Le(la) candidat(e) devra être titulaire d'un master (ou équivalent) en science des matériaux. Il(elle) doit être motivé(e) par la synthèse, la mise en forme des matériaux et leur caractérisation. Avoir un esprit d'initiative, être rigoureux, apprécier le travail en équipe. Des facilités d'expression orale et écrite ainsi qu'un bon sens relationnel seront des atouts. Des déplacements hors région auront lieu durant la thèse.

Contexte de travail

Ces travaux seront menés dans le cadre du projet ANR PACHAS, qui réunit un consortium académique composé de trois laboratoires : Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN), Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) et Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON). Le(la) doctorant(e) rejoindra l'Institut des Matériaux de Nantes (IMN) Jean Rouxel (https://www.cnrs-imn.fr/index.php) à Nantes Université et utilisera la plateforme technique PLASSMAT (https://plassmat.cnrs-imn.fr). Il(elle) bénéficiera également de la formation de l'école doctorale "3MG" et de l'environnement de Nantes Université (https://ed-3mg.doctorat-paysdelaloire.fr).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.