Réduction photocatalytique de PFAS par l’intermédiaire d’électrons solvatés produits par des nanodiamants hydrogénés

Sujet détaillé

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) sont des molécules extrêmement persistantes et difficiles à dégrader, présentes de manière omniprésente dans les eaux souterraines et les sols. Leur stabilité réside dans la robustesse des liaisons C-F, nécessitant des processus réducteurs pour leur dégradation. Les approches électrochimiques, bien que possibles, requièrent des surtensions cathodiques élevées, ce qui les rend peu adaptées en milieu aqueux. Une alternative prometteuse consiste à utiliser des électrons hydratés (eaq-), principalement générés par irradiation UV d’anions solubles, comme les ions sulfite. Bien que cette méthode permette la dégradation des PFAS, elle est limitée par la formation de sous-produits indésirables.

Le diamant, et en particulier le nanodiamant hydrogéné, est désormais reconnu comme une source solide d’électrons solvatés sous illumination UV, notamment grâce à des travaux menés au LEDNA.[1] Très récemment, en 2023, une équipe américaine a exploré l’utilisation des nanodiamants hydrogénés comme catalyseurs et source d’électrons solvatés pour la dégradation du perfluorooctanesulfonate (PFOS) avec des résultats prometteurs.[2]

Ce stage a pour objectif d’étudier plus avant comment les nanodiamants peuvent être utilisés comme catalyseurs pour la dégradation des PFAS polluants. Il sera mené au CEA NIMBE, situé sur le site du CEA Paris-Saclay, en collaboration entre deux équipes : le LEDNA, expert dans la synthèse et la caractérisation de nanodiamants hydrogénés, et le LCMCE, spécialisé dans la catalyse homogène et hétérogène pour les processus de réduction. Il s’agira d’explorer les performances de nanodiamants hydrogénés de différentes natures (détonation, issus de broyage) produits par le LEDNA [3]. La réaction photocatalytique sera réalisée sur les bancs présents au LEDNA ou sur ceux présents au LCMCE en fonction des longueurs d’onde d’illumination requises. La dégradation des PFAS et les processus catalytiques seront suivis au LCMCE par LC-MS. La possibilité de générer des électrons solvatés à des longueurs d’onde plus grandes, en particulier sous lumière visible, pour la dégradation des PFAS sera explorée en utilisant des nanodiamants hybrides dont la surface sera constituée de reconstructions de carbone sp2) ainsi que des nanodiamants décorés de particules d’or.

Le stagiaire développera des compétences en synthèse et caractérisation de nanomatériaux, en photocatalyse ainsi qu’en chimie analytique. Les techniques utilisées seront principalement la DLS/Zetamétrie, la spectroscopie infrarouge et Raman, la spectroscopie de photoélectrons, la microscopie électronique, le LC-MS ainsi que la RMN.

[1] F. Buchner, T. Kirschbaum, A. Venerosy, H. Girard, J.-C. Arnault, B. Kiendl, A. Krueger, K. Larsson, A. Bande, T. Petit, C. Merschjann, Nanoscale 2022, 14, 17188-17195.

[2] W. A. Maza, V. M. Breslin, T. I. Feygelson, P. A. DeSario, B. B. Pate, J. C. Owrutsky, A. Epshteyn, Applied Catalysis B: Environmental 2023, 325, 122306.
[3] L. Saoudi, H.A. Girard, E. Larquet, M. Mermoux, J. Leroy, J.C. Arnault, Colloidal stability over months of highly crystalline high-pressure high-temperature hydrogenated nanodiamonds in water, Carbon 2023, 202, 438–449.

Lieu du stage

CEA Saclay, (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 : 3 février 2025

Méthodes, techniques :
DLS/Zetamétrie, la spectroscopie infrarouge et Raman, la spectroscopie de photoélectrons, la microscopie électronique, le LC-MS ainsi que la RMN

Responsable du stage

Hugues GIRARD
Tél. : +33 1 69 08 47 60
Email :