Domaine, spécialité : Chimie des matériaux
Mots-Clés : Science de la matière condensée; photo-électrochimie.
Unité d’accueil : SPEC / LNO
Résumé
Le sujet de ce stage s’inscrit dans le cadre du thème de la production d’hydrogène par dissociation de l’eau par l’énergie solaire. Nous nous intéressons plus particulièrement à l’optimisation des photoanodes à base d’oxyde de fer afin d’augmenter le rendement de la réaction de photoélectrolyse. L’objectif est de maximiser la surface active des photoanodes en utilisant des mélanges de polymères auto-assemblés pour créer des motifs périodiques à l’échelle nanométrique. La caractérisation photoélectrochimique, la microscopie électronique à balayage (MEB), ainsi que les techniques de spectromicroscopie aux rayons X au synchrotron SOLEIL, seront utilisées pour caractériser les photoanodes nanostructurées.
Sujet détaillé
L’objectif de ce stage est d’améliorer l’efficacité des photoanodes en hématite (α-Fe₂O₃) destinées à des applications de dissociation de l’eau par énergie solaire (SWS) en optimisant leur surface active. Au cours de ce stage, l’étudiant préparera des nanobâtonnets d’hématite dopés au titane à l’aide de la méthode de croissance chimique en milieu aqueux (ACG) sur des substrats d’oxyde d’étain dopé au fluor (FTO)1,2. Pour optimiser la surface active, l’étudiant utilisera des mélanges de polymères auto-assemblés (PMMA/PS) afin de créer des motifs périodiques à l’échelle nanométrique, en s’inspirant des techniques de lithographie par mélanges de polymères3,4. Cette méthode de structuration vise à espacer les nanobâtonnets, maximisant ainsi la surface active et facilitant l’accès de l’électrolyte aux sites catalytiques. (Figure)
Le stagiaire participera à des travaux de caractérisation avancée visant à évaluer les performances photoélectrochimiques, la composition chimique et la morphologie des photoanodes. Cela comprend des essais photoélectrochimiques pour évaluer les améliorations de performances (mesures du photocourant par voltamétrie linéaire, spectroscopie d’impédance électrique – EIS, stabilité du photocourant), la microscopie électronique à balayage (MEB) pour l’analyse morphologique, la spectroscopie Raman pour analyser plus en détail la composition chimique et les défauts du matériau, ainsi que, éventuellement, une caractérisation par synchrotron à l’aide des techniques XPEEM et STXM sur la ligne de lumière HERMES du synchrotron SOLEIL, en vue d’une analyse chimique approfondie. L’analyse des résultats consistera à comparer les performances des photoanodes nanostructurées à celles de leurs homologues non structurées, ce qui permettra de dégager des pistes pour de futures optimisations.
Le stagiaire travaillera au SPEC, le laboratoire de physique de la matière condensée (UMR 3680 CEA-CNRS) du CEA Saclay, situé à L’Orme des Merisiers. Un réseau de bus du CEA permet de rejoindre facilement L’Orme des Merisiers depuis différents points de l’Île-de-France. Ce stage de master 2 est proposé dans le cadre du projet ANR OERKOP.
Pour plus d’informations et pour postuler :
Veuillez envoyer votre CV et votre lettre de motivation à Corentin Rieb ), Dana Stanescu ) et Stefan Stanescu ).
Références :
- Stanescu, S.; Alun, T.; Dappe, Y. J.; Ihiawakrim, D.; Ersen, O.; Stanescu, D. Enhancement of the Solar Water Splitting Efficiency Mediated by Surface Segregation in Ti-Doped Hematite Nanorods. ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15 (22), 26593–26605. https://doi.org/10.1021/acsami.3c02131.
- Stanescu; Piriyev; Villard; Mocuta; Et., A. Characterizing Surface States in Hematite Nanorod Photoanodes, Both Beneficial and Detrimental to Solar Water Splitting Efficiency. J. Mater. Chem. A 2020. https://doi.org/10.1039/D0TA06524B.
- Polymer Blend Lithography for Metal Films: Large-Area Patterning with over 1 Billion Holes/Inch2. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 1205–1211. https://doi.org/10.3762/bjnano.6.123.
- Zhuang, H.; Wang, J. Porous Polymer Films with Nanoscale Turing Patterns by Polymerization-Induced Liquid Interfacial Self-Assembly. Chem. Phys. Lett. 2025, 864, 141916. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2025.141916.
Lieu du stage
CEA Saclay, Site de l’Orme des merisiers (91) Essonne, France
Conditions de stage
- Durée du stage : 6 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 1 mars 2027
Compétences requises
Langue : Anglais
Méthodes, techniques :
- microscope électronique à balayage (MEB);
- spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS);
- (photo-) voltamétrie;
- croissance hydrothermale (ACG);
- spectro-microscopie des rayons X (STXM, XPEEM);
- spectroscopie Raman
Langages informatiques et logiciels :
- Office, Python
Liens utiles
- Site web du laboratoire : SPEC/LNO
- Page scientifique : Oxide nanorods for solar water splitting obtained by aqueous chemical growth
- Voir aussi : Ligne hermès du Synchrotron Soleil
- Page personnelle de Dana Stanescu
Responsable du stage
Corentin RIEB
Tél. : 0169087548
Email :
Responsable SPEC / LNO
Dana STANESCU
Tél. : 0169087548
Email :