En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez le dépôt de cookies dans votre navigateur. (En savoir plus)

Doctorant.e (H/F): Fonctionnalisation de films d’hydroxydes doubles lamellaires pour la dégradation de polluants

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

Date Limite Candidature : lundi 22 avril 2024

Assurez-vous que votre profil candidat soit correctement renseigné avant de postuler

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant.e (H/F): Fonctionnalisation de films d’hydroxydes doubles lamellaires pour la dégradation de polluants
Référence : UMR7564-SAMSOU-006
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : VILLERS LES NANCY
Date de publication : mardi 23 janvier 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Chimie physique, théorique et analytique

Description du sujet de thèse

La dépollution des eaux est devenue un enjeu majeur de nos sociétés modernes, que ce soit pour produire de l'eau potable ou pour limiter les rejets polluants dans l’environnement.
La photocatalyse est une solution prometteuse et durable basée sur la capacité des matériaux ou molécules à absorber la lumière pour produire des espèces réactives (ROS) permettant de dégrader certains contaminants présents dans l’eau (antibiotiques, hormones et autres perturbateurs endocriniens connus pour leurs effets néfastes sur la faune et la flore). En raison des technologies utilisées dans les stations d’épuration, le traitement des eaux usées est incomplet et ces polluants sont souvent rejetés intacts dans l’environnement.
Afin que la catalyse basée sur l'oxydation photo-induite devienne un procédé efficace de traitement des effluents dans le cadre d'une politique de développement durable, la communauté scientifique et les industriels doivent encore relever un certain nombre de défis.
D’un point de vue fondamental, le développement d'une nouvelle génération de matériaux photocatalytiques est primordial afin d'améliorer les performances des catalyseurs utilisés jusqu'à présent dans le proche UV (UVA), mais aussi et surtout pour développer les catalyseurs du futur, actifs dans le visible. En outre, pour que la photocatalyse soit économique, durable et respectueuse de l'environnement, il est nécessaire d’immobiliser ces matériaux sur un support solide afin d’être réutilisés et recyclés.

Les hydroxydes doubles lamellaires (HDL) sont des composés structurés sous la forme d’un empilement de feuillets cationiques métalliques entre lesquels s’intercalent des anions interchangeables. Leur formule chimique générale est donnée par [MII1-xMIIIx(OH)2]x+[An-x/n. m H2O]x- où M(II) et M(III) sont respectivement des cations métalliques divalents et trivalents et An- est l’anion compensateur de charge.
La flexibilité de composition des HDL et leur faible coût de fabrication en font des matériaux intéressants pour de multiples applications. Les performances photocatalytiques des HDL sont plutôt limitées (absorption dans le domaine de l’UV, faible séparation et mobilité des charges) [1]. Le couplage des HDL avec des semi-conducteurs ou des photosensibilisateurs permet d’améliorer significativement ces propriétés [2].
De manière intéressante, il est possible d’élaborer les HDL directement à partir d'une surface métallique via une méthode de croissance in situ qui conduit à des particules orientées perpendiculairement au substrat, permettant aux espèces de diffuser à l'intérieur et à l'extérieur [3]. Cependant, l’immobilisation de ces particules sur un substrat peut ensuite contraindre la fonctionnalisation par échange d'anions en limitant la dynamique de l'espace interfoliaire [4].
Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse sera d’élaborer des films d’HDL fonctionnalisés avec des molécules organiques photosensibles, d’étudier le confinement de ces molécules dans l’espace interfoliaire et la photo-activité qui en résulte et enfin d’évaluer le potentiel des ces surfaces pour la dégradation de polluants.
La première partie du travail portera sur la synthèse de films d’HDL en privilégiant une méthode de croissance in situ. Ces films seront ensuite utilisés pour la fonctionnalisation par échange anionique. La fonctionnalisation sera également envisagée via deux autres méthodes : la synthèse directe du film fonctionnalisé et la reconstruction. L’influence de la méthode de synthèse sur l’arrangement des molécules dans l’espace interfoliaire sera précisément étudiée, ce dernier paramètre pouvant influencer de manière significative la photo-activité.
La morphologie des films et leur structure (épaisseur du film, densité de particules) seront modulées via les différents paramètres de synthèse. Les spectroscopies Raman et IR et la diffraction des rayons X (DRX) seront systématiquement utilisées pour vérifier la structure et la fonctionnalisation des films. La microscopie électronique à balayage (MEB) permettra de déterminer la morphologie. La composition chimique sera déterminée par MEB-EDX et par spectroscopie de photoélectrons X (XPS).
L’immobilisation des anions photo-actifs dans l’espace intefoliaire pourra être envisagée selon la stabilité en solution aqueuse.
Dans un second temps, il s’agira d’optimiser la formation d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) à l’interface solide-liquide. Pour cela, les propriétés photophysiques (spectroscopie de fluorescence, phosphorescence de l’oxygène singulet), photochimiques (utilisation de molécules sondes) et la photostabilité des films seront étudiées afin de mettre en évidence la formation de ROS sous illumination et de pouvoir quantifier ces espèces en solution.
La dernière partie du travail consistera à évaluer le potentiel de ces surfaces pour la dégradation de polluants.
Ainsi la dégradation d’une molécule modèle sera étudiée en solution et la durabilité du revêtement sera testée via des cycles successifs d’adsorption/dégradation. Par la suite, l’activité photocatalytique vis-à-vis de polluants organiques que l’on retrouve dans l’environnement (antibiotiques, perturbateurs endocriniens) sera testée. Les mécanismes de dégradation pourront être étudiés par couplage avec des analyses LC-MS ou des mesures de carbone organique total après dégradation.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR PhotoSurf2D (SURFaces PHOTOactives à base d'hydroxydes doubles lamellaires pour la Désinfection et la Décontamination) porté par le LCPME.

[1] Kim, S.; Fahel, J.; Durand, P.; André, E.; Carteret, C. Eur. J. Inorg. Chem. 2017 (3), 669–678.
[2] Zhang, G.; Zhang, X.; Meng, Y.; Pan, G.; Ni, Z.; Xia, S. Chem. Eng. J. 2020, 392, 123684.
[3] Chen, H.; Zhang, F.; Fu, S.; Duan, X. Adv. Mater. 2006, 18 (23), 3089–3093.
[4] Soulé S., Durand P., El-Kirat-Chatel S., Quilès F., Carteret C., Materials Today Chemistry, 2024, 35, 101897.

Contexte de travail

La personne recrutée pour ce contrat doctoral de 3 ans intègrera le Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l’Environnement et les Matériaux (LCPME UMR 7564, CNRS, Université de Lorraine, https://www.lcpme.ul.cnrs.fr/) localisé à Villers-lès-Nancy. Le laboratoire possède deux plateformes dont l’une est dédiée à la caractérisation des molécules et des matériaux par des techniques de Spectroscopies et de Microscopies (MEB-EDX, spectroscopies vibrationnelles Raman et IR, XPS, spectroscopie UV-vis, AFM). Le doctorant travaillera au sein de l’équipe de Spectroscopies des Interfaces, des MAtériaux et du Vivant (SIMAVI) sous la direction de Cédric Carteret et Samantha Soulé. Le contrat démarrera au 1/10/2024.

Informations complémentaires

Pour candidater via le portail, joindre un CV, une lettre de motivation ainsi qu’une copie de vos résultats et classements de M1 et M2.