Résumé :

Face aux demandes croissantes en énergie, la tendance mondiale est au développement des énergies non émettrices de gaz à effets de serre. Ainsi, les activités de recherche sont orientées vers le développement de matériaux innovants. Dans ce contexte, les nanomatériaux ou les matériaux nanostructurés présentent des propriétés spécifiques intéressantes pour de nombreuses applications dans le domaine de l’énergie. Ces derniers pourraient donc offrir de nouvelles façons d'envisager la manière de stocker l'énergie. 
Ce mémoire HDR résume les différentes activités que j’ai développées au cours de mes recherches que ce soit dans le domaine de la synthèse ou de la caractérisation. J’aborde en détails le développement instrumental réalisé à la microsonde nucléaire du LEEL pour visualiser et doser le lithium dans des matériaux d’électrode de batteries Li-ion.             
La synthèse par pyrolyse laser, développée au LEDNA, permet de synthétiser en phase vapeur diverses nanoparticules pouvant être intégrées dans des dispositifs actifs ou mises en forme afin d’élaborer des matériaux nanostructurés. Je montre l’apport de ces nanomatériaux dans différents domaines (batteries, photocatalyse) dans des projets en cours au laboratoire. Un axe important de mes projets de recherche est dédié à recherche de nouveaux catalyseurs pour une production efficace de l’hydrogène. Dans ce cadre, l’association de nanoparticules produites par pyrolyse laser et de solides hybrides poreux de type MOF (Metal-Organic Framework) pourrait conduire à  des matériaux nanostructurés intéressants pour la décomposition électrochimique de l’eau et donc une production efficace de l’hydrogène. 

Mots clés : matériaux pour l’énergie, nanoparticules, pyrolyse laser, batteries, hydrogène, analyse par faisceaux d’ions.

Syntheses and characterizations of functional materials for energy

Abstract: Due to the growing energy demands, the global trend is towards the development of energies that do not emit greenhouse effect gases. Thus, research activities are oriented towards the development of innovative materials. In this context, nanomaterials or nanostructured materials present specific properties of interest for numerous applications in the energy field. These could therefore offer new approaches for energy storage.
This HDR thesis summarizes the different activities that I have developed during my research, both in the field of synthesis and characterization. I  discuss in detail the instrumental development carried out at the LEEL nuclear microprobe to visualize and measure lithium in Li-ion battery electrode materials.
Synthesis by laser pyrolysis, developed at LEDNA makes it possible to synthesize in the vapor phase various nanoparticles that can be integrated into active devices or shaped in order to develop nanostructured materials. I show the contribution of these nanomaterials in different fields (batteries, photocatalysis) in current projects in the laboratory. An important axis of my research projects is dedicated to the search for new catalysts for efficient production of hydrogen. In this context, the combination of nanoparticles produced by laser pyrolysis and porous hybrid solids of the MOF (Metal-Organic Framework) type could lead to interesting nanostructured materials for the electrochemical decomposition of water and therefore efficient production of hydrogen.

Keywords : materials for energy, nanoparticles, laser pyrolysis, batteries, hydrogen, ion beam analysis.