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Synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser pour les batteries au lithium
Laser pyrolysis for the synthesis of nanoparticles applied to Li-Ion batteries

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

27-04-2018

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

HERLIN Nathalie
+33 1 69 08 36 84

Résumé/Summary

Synthèse par pyrolyse laser de nanoparticules cœur coquille d’intérêt pour le stockage électrochimique - caractérisations morphologiques et structurales

Sujet détaillé/Full description

Le stockage performant de l’énergie est un des défis de la transition énergétique. Les batteries au lithium sont une technologie mature mais de nombreuses recherches restent à mener afin d’augmenter leur capacité de stockage et envisager des applications nécessitant plus d’énergie que par exemple les téléphones mobiles. Pour augmenter cette capacité de stockage, il faut disposer de matériaux qui stockent le plus de lithium possible par unité de masse.

A l’électrode négative, le silicium est très étudié comme moyen d’augmenter la capacité de stockage car sa capacité est 10 fois supérieure à celle du matériau commercial le plus utilisé, le graphite. Cependant, la dégradation rapide du silicium empêche encore son développement à grande échelle et son industrialisation. Plusieurs stratégies ont été développées pour pallier ce problème. L’intégration de germanium pour la formation d’alliage SiGe est l’une d’elles et a permis la fabrication d’électrodes à la durée de vie plus longue [1].

A l’électrode positive, le soufre est prometteur de par sa grande capacité de stockage théorique. Cependant, la dissolution de l’électrode dans l’électrolyte constitue l’inconvénient majeur empêchant son déploiement commercial. La plupart des stratégies mettent en avant la synthèse de composites Carbone/soufre, ce qui renchérit néanmoins les couts de fabrication par l’ajout de nombreuses étapes de synthèse [2].
Dans le stage , nous nous intéresserons à la synthèse d’alliages Silicium/germanium et de composites carbone/soufre, nous utiliserons la pyrolyse laser, une technique en une étape, souple, reproductible, facile d’utilisation, et avec des taux de production importants [3].

Ces particules seront caractérisées au cours du stage et leurs performances comme matériaux de batteries seront testées dans un laboratoire partenaire a Grenoble

Références :
1. Duveau, D.; Fraisse, B.; Cunin, F.; Monconduit, L., Chemistry of Materials 2015, 27 (9), 3226-3233.
2. Ji, X.; Nazar, L. F., Journal of Materials Chemistry 2010, 20 (44), 9821-9826.
3. Sourice, J. et al; ACS applied materials & interfaces 2015, 7 (12), 6637-6644.

Mots clés/Keywords

nanoparticules, materiaux, silicium, souffre

Compétences/Skills

Pyrolyse laser, diffraction de RX, Raman, analyse chimique, BET, microscopie
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Fonctionnalisation et assemblage de nanoparticules d’or pour la plasmonique et pour la médecine.
Functionalization and assembly of gold nanoparticles for plasmonics and medicine.

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

27-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MARGUET Sylvie
+33 1 69 08 62 83

Résumé/Summary

Nous proposons de fonctionnaliser des nanoparticules d’or pour les rendre biocompatibles (pour la thérapie et la bio-imagerie) et d'élaborer par auto-assemblage des nanostructures 2D pour la plasmonique.
We propose to functionalize gold nanoparticles to make them biocompatible (for therapy and bio-imaging) and to design by self-assembly, 2D nanostructures for plasmonics.

Sujet détaillé/Full description

L'illumination de nanoparticules d'or (AuNPs) déclenche une cascade de processus complexes qui les amène à se comporter comme des nanosources de lumière, de chaleur ou de porteurs chauds (« hot » carriers) selon la morphologie de la NP. Nos activités se concentrent sur la synthèse et l'assemblage de AuNPs de haute qualité, afin de fournir des matériaux originaux pour la plasmonique (1-4) et plus récemment la médecine, via des collaborations. Nous synthétisons des AuNPs non disponibles commercialement, tels que des cubes, triangles, ect… et également des microplaquettes de tailles et d’épaisseurs variables. Il a été récemment montré que les AuNPs, peuvent générer de l'oxygène singlet (1O2) et des radicaux libres de l'eau (ROS) utiles pour la photothérapie du cancer. Les points chauds existants entre des AuNPs, organisées en 2D sur un substrat, permettent de générer des transfert d’électrons et de trous, utiles pour la nanophotochimie. Les microplaquettes sont très prometteuses pour la plasmonique : fabrication F.I.B de nanostructures monocristallines et assemblées en 2D elles offrent des interstices de très petite taille (1nm).
Le stage se déroulera au sein du groupe « EDifices NAnométriques » du CEA-Saclay (DRF-IRAMIS-NIMBE). Il consistera à synthétiser des nanohybrides de type cœur-coquille Au@SiO2 comportant une couche de silice d’épaisseur variable à la surface des AuNPs pour les rendre biocompatibles. Un deuxième volet consistera à auto-assembler des nanoparticules en 2D à l’interface entre deux liquides. Ce travail pourra être poursuivi en thèse.

1-S. Mitiche et al. , J. Phys. Chem. C, 2017, “Near-Field Localization of Single Au Cubes, a Predictive Group Theory Scheme.”
2-M. Pellarin et al. , ACS Nano, 2016, “Fano Transparency in Rounded Nanocube Dimers Induced by Gap Plasmon Coupling.”
3-C.Molinaro et al. , J. Phys. Chem. C, 2016, “Two-photon luminescence of single colloidal gold nanorods: revealing the origin of plasmon relaxation in small nanocrystals”
4-E. Le Moal et al., Physical Review B, 2016, “Engineering the emission of light from a scanning tunneling microscope using the plasmonic modes of a nanoparticle”

Compétences/Skills

MEB, MET

 

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