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Production de dihydrogène vert avec des matériaux nanocomposites à base de carbure ou nitrure de Molybdène
La production de dihydrogène par voie électrochimique à partir du craquage électrolytique de l’eau (hydrogène vert) est un enjeu considérable dans la décarbonation de la production/stockage de l’énergie en Europe. Actuellement, la part de l’hydrogène vert représente 4 % du mix énergétique et cette part doit être portée à 13-15 % en 2050, tout en ciblant un coût de production bas, selon la feuille de route proposée par l’UE. Les défis à relever sont immenses et concernent tous les aspects des systèmes d’électrolyse, et notamment les matériaux d’électrodes électrocatalytiques. Le projet de thèse s’inscrit dans ce cadre et vise à évaluer les performances de matériaux à base de carbure/nitrure de molybdène dans les réactions du craquage électrolytique de l’eau. Ces matériaux montrent une bonne activité vis-à-vis de ces réactions, et par ailleurs le molybdène n’est pas considéré comme un métal critique par l’UE au contraire des métaux nobles (Pt, etc.) et nickel utilisés dans les technologies d’électrolyse actuelles (électrolyseurs PEM ou alcalins).
Contexte de travail
Les travaux seront menés à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (UMR 6226, Rennes) dans le cadre d’un projet collaboratif soutenu par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR 2024, projet MONICA), en collaboration avec 2 partenaires académiques (NIMBE-CEA, UMR 3685 (Saclay), IRL 3629 LINK (Tsukuba, Japon)) et 1 partenaire industriel (Nanomakers). Un aspect important du projet vise la synthèse large échelle des matériaux catalytiques par une technique de pyrolyse laser. Cet aspect constitue un réel défi à relever dans le contexte d’un déploiement de la production de H2 bas carbone à la mesure des enjeux visés.
Les matériaux, synthétisés par nos partenaires, seront caractérisés au laboratoire en combinant diverses techniques (analyse DRX, spectroscopies vibrationnelles (IR, Raman), de photoémission RX (XPS), microscopies électroniques (MEB et MET), ATG, mesures de porosité, etc.). Des analyses complémentaires plus fines seront également menées dans le laboratoire LINK, au Japon.
Les performances électrocatalytiques seront évaluées par les méthodes électrochimiques de l’état de l’art, en demi-cellule et en cellule complète. La production des gaz (H2 et O2) sera suivie par chromatographie gaz couplée à la cellule électrochimique. La durabilité opérationnelle des matériaux sera évaluée. L’objectif de ces études vise à corréler les performances électrocatalytiques des matériaux nitrure ou carbure avec leurs caractéristiques physico-chimiques (morphologie, texture, taille des cristallites, composition, etc.) dans le but d’optimiser la synthèse de ces matériaux.
Compétences attendues
Le ou la candidate.e devra présenter une grande curiosité scientifique et une réelle motivation à développer une expertise robuste dans les domaines de la chimie des matériaux et de l’électrocatalyse. Le ou la doctorant.e recruté.e sera en charge de caractériser les nanocomposites, de les mettre en forme pour optimiser leurs activités catalytiques, notamment en formulant les matériaux d’électrodes, et d’évaluer leurs performances vis-à-vis des réactions de réduction et d’oxydation de l’eau. Il ou elle devra également analyser les résultats, les mettre en forme et se tenir au courant de la bibliographie.
Titulaire d’un master 2 ou équivalent en chimie des matériaux ou électrochimie, le ou la candidat.e doit posséder une formation solide en électrochimie et/ou chimie des matériaux et notamment caractérisations (analyse chimique, diffraction des rayons X, microscopies et/ou spectroscopies). Il ou elle participera aux activités des équipes de recherche, et sera amené à présenter ses travaux dans le cadre de conférences nationales ou internationales. Un bon niveau d’anglais est donc requis.
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.