Post-doctorat - Pulvérisation sur liquide ionique pour la synthèse de nanoparticules de matériau bi-basé pour l'application de photoconversion au CO2

DÉTAILS OPPORTUNITÉ

Récompense totale

0 $

Université étatique

LabEx IMobS3

Région

Europe de l'Ouest

Pays hôte

France

Date limite

19 août 2021

Niveau d'études

Doctorat

Type d'opportunité

Post-doctoral

Spécialités

Physique , Chimie

Financement d'opportunité

Non financé

Pays éligibles

Cette opportunité est destiné à tous les pays

Région éligible

Toutes les régions

Dans le cadre du projet de recherche «Systèmes et services innovants pour le transport et la production» I-SITE CAP 20-25 ( Challenge 2 ), un post-doctorat d'un an est proposé à des candidats très motivés intéressés par les procédés plasma et la science des matériaux. Le candidat rejoindra l'Institut de Chimie de Clermont-Ferrand.

Matière

Pulvérisation sur liquide ionique pour la synthèse de nanoparticules de matériau bi-basé pour l'application de photoconversion _{au CO 2.}

Projet scientifique et objectifs

La photocatalyse est de plus en plus étendue dans le domaine énergétique. En effet, la production de carburants chimiques verts et solaires par photoconversion de CO ₂ est considérée comme une technologie de stockage d'énergie propre avec un impact minimal sur l'environnement. Certains semi-conducteurs, comme le TiO ₂ ou le ZnO, sont largement étudiés pour ces applications, mais la découverte de nouveaux matériaux reste le sujet le plus central dans ce domaine. Récemment, les matériaux à base de bismuth ont attiré une grande attention en raison de leurs avantages tels qu'une faible toxicité, une faible solubilité et une résistance à la corrosion. D'une part, les nanoparticules Bi décorant un semi-conducteur augmentent l'absorption lumineuse, grâce à un effet plasmon de surface ^[ ^{Appl. Chat. B: Environ., 205, 2017, 532} ^] , et donc l'efficacité photocatalytique. D'autre part, les bi-sulfures ^[ ^{Nano Res., 3, 2010, 379} ^] , les oxydes ^{[Appl. Chat. B: Environ., 188, 2016, 87]} ou les oxyhalogénures BiOX (X = halogénure) ^{[Nanoscale, 6, 2014, 2009]} ont été explorés comme semi-conducteur et donc comme photocatalyseur potentiel. Récemment, à l'ICCF en collaboration avec IFPEN, nous avons démontré qu'en modifiant les _{débits de gaz O 2} et CF ₄ injectés lors de la pulvérisation magnétron radiofréquence d'une cible Bismuth, la composition en couche mince des matériaux bi-basés peut être réglée et ainsi leur énergie. les positions des bandes peuvent être adaptées au potentiel redox visé. De plus, nous réussissons à former en un pot des hétérojonctions en couches minces de Bi / Bi ₂ O ₃ et Bi / BiO _x F _y , avec des activités photocatalytiques en photodégradation polluante et en photoconversion du CO ₂ en CO, plus élevées que pour les composés bi-basés en poudre ^{[Mat. Chem. Phys., 24, 2020, 122580]} . Le CO est une molécule de stockage riche en énergie, qui peut en outre être utilisée pour former de l'acide formique (HCOOH), du gaz de synthèse (CO / H ₂ ) et d'autres produits chimiques. Cependant, la faible surface spécifique (> 1 m² / g) de nos couches minces est clairement identifiée comme un verrou majeur de leur développement ultérieur. Pour surmonter cette limitation, nous avons étudié la technique de pulvérisation sur liquide ionique. Ce procédé a été très récemment proposé pour former des nanoparticules sphériques, avec une distribution de taille étroite (diamètre <20 nm). Ces NPs pourraient présenter une surface spécifique beaucoup plus élevée (~ 100 m ² / g, par exemple x 100 par rapport à un film plat) et profiter des effets plasmoniques. Cependant, jusqu'à présent, cette technique a été principalement testée pour produire des métaux (Ti, Ag ^{[J. Phys. Chem. C, 122, 2018, 26605]} ) ou des alliages (Ag-Au ^{[Mater. Lett., 171, 2016, 75]} ) nanoparticules. Dans le cadre du projet PULSION I-SITE, et sur la base de tests préalables, l'objectif du post-doctorant d'un an sera d'étudier la pulvérisation sur liquide ionique en mode réactif, c'est-à-dire injecter de l'O ₂ et / ou CF ₄ pour former des nanoparticules de Bi, BiO _x ou BiO _x F _y à composition contrôlée et pour étudier leurs propriétés photocatalytiques, notamment pour la photoconversion _{de CO 2.}

Le post-doctorant sera en charge d'étudier l'interaction plasma / liquide ionique lors de la pulvérisation réactive afin de contrôler la composition des nanoparticules, en explorant l'effet des débits de gaz réactifs et d'autres différents paramètres du processus (puissance, pression du gaz, distance interélectrode) …). La spectroscopie d'émission optique devrait par exemple être utilisée pour cela. Différents liquides ioniques pourraient également être testés en fonction de leurs propriétés (hydrophobicité, _{solubilisation du CO 2} …). Les nanoparticules synthétisées (dispersées dans un liquide ionique ou transférées dans une mousse) seront également étudiées grâce à la large gamme de techniques disponibles à l'ICCF ou sur le site de Clermont-Ferrand pour la caractérisation des matériaux (spectroscopies Raman et FTIR, XRD, SAXS, XPS, BET, EPR…) et de leurs propriétés optiques et photocatalytiques.

Par ailleurs, le projet pourrait bénéficier de collaborations avec l'équipe PHOTON de l'Institut Pascal (Clermont-Ferrand), qui tentera de simuler les propriétés électromagnétiques de ces matériaux nanostructurés, IMN (Nantes) pour leur caractérisation locale TEM, et IFPEN (Solaize) pour la évaluation de leur efficacité de photoconversion au _{CO 2.}

Conditions

Le boursier doit avoir une expertise en processus plasma et en science des matériaux. Une première expérience sur les nanomatériaux serait appréciée. Il doit être très motivé et aimer travailler en équipe tout en faisant preuve de curiosité, d'autonomie, de dynamisme et de rigueur. Le candidat doit également avoir de bonnes compétences en communication en français et en anglais (oral et écrit). Le formulaire de candidature doit contenir un Curriculum Vitae, une lettre de motivation et des lettres de référence.