NIMBE

Nanosciences et Innovation
pour les Matériaux
la Biomédecine
et l'Énergie

Dans le contexte environnemental actuel, la recherche de solutions innovantes en matière d'énergie et de production d'énergies renouvelables, est devenu une priorité, notamment pour la conversion de l'énergie solaire. Une réponse efficace et durable nécessite la mise en œuvre d'une stratégie centrée sur une nouvelle approche des "matériaux" pour l'énergie".



On se focalisera dans le cadre de cette thèse sur la pyrolyse Laser comme méthode de synthèse de ces matériaux, de première importance.

Dans la thématique générale des nouveaux matériaux pour l’environnement, on cherchera à optimiser la formation d’alcanes ou d’alcènes à partir de la biomasse par photocatalyse à l’aide de catalyseurs fabriqués par pyrolyse Laser. Les alcènes sont un produit essentiel pour la pétrochimie ou encore la chimie des polymères, et sont généralement obtenus par réaction catalytique après chauffage à 350-400°C. La photocatalyse utilisant la lumière solaire representerait ainsi une alternative économique en énergie et non polluante. A la suite de l’absorption de la lumière par le photocatalyseur, la dégradation d’alcools sera étudiée en vue de la production d’alcanes ou d’alcènes. Ce sujet correspond à une collaboration entre deux équipes: le Laboratoire des Edifices Nanométriques (UMR NIMBE) où seront effectuées les synthèses de matériau et l’Institut de Recherche sur la Catalyse de Lyon (IRCELYON) à Lyon où sera étudiée la photocatalyse.

Le diamant dopé au Bore (DDB) est un matériau d'exception pour l'électrochimie, l'électrocatalyse, la photocatalyse. Il est actuellement particulièrement étudié pour la réduction du CO2 en composés carbonés valorisables au travers de deux approches complémentaires : (i) par voie purement électrochimique et (ii) par photo-électrochimie via la production d'électrons solvatés. Dans les deux cas, le DDB possède des propriétés uniques, liées à son diagramme énergétique et inatteignables par d'autres types de semi-conducteurs, qui lui ouvre pour ces prochaines années des possibilités de développement exceptionnelles dans le domaine de l'énergie. L'obtention d'objets nano ou sub-micrométriques fait de DDB serait alors une formidable avancée pour ces applications. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche en rupture, basée sur la synthèse de particules cœur-coquille monodisperses et sphériques, utilisant un cœur de silice sphérique et une coquille faite de DDB de quelques dizaines de nanomètres. Le but est de développer une technologie CVD innovante, dédiée au recouvrement avec du DDB de ces particules, capable de traiter de large volumes (> 100 mg/h). Les objectifs de la thèse sont de (i) dessiner et développer un réacteur à fort rendement de synthèse de cœur-coquille diamant dopé bore utilisant une technologie qui pourra être transférée industriellement qui assurera une revêtement diamant uniforme et reproductible, (ii) qualifier la qualité structurelle et chimique des particules synthétisées et (iii) d’évaluer leurs propriétés électrochimiques et photochimiques avant (iv) d'évaluer les performances des cœurs-coquilles en DDB pour la réduction du CO2. Cette thèse s’effectuera dans le cadre du projet ANR COCONUT qui réunit des partenaires académiques et industriels avec lesquels de fortes collaborations sont prévues.