Sujet de stage / Master 2 Internship

Ce stage M2 est proposé dans le cadre d'un projet NanoSaclay visant à mesurer la quantité d’hydrogène produit par la photoélectrolyse de l'eau utilisant de photoanodes à base d'hématite et de vanadate de bismuth. L'efficacité de Faraday sera corrélée avec la composition chimique et la structure électronique des photoanodes déterminées par STXM et XPEEM.

L'hydrogène peut être produit par l’électrolyse de l'eau dans une cellule électrochimique, mais un apport d’énergie important est nécessaire pour dépasser le couple redox de l'eau (1,23 V). Une nouvelle idée inspirée par la photosynthèse, est la photoélectrolyse, où la lumière du soleil est utilisée pour réduire le potentiel nécessaire pour dissocier la molécule d’eau, en H2 et O2. La production d'hydrogène par photoélectrolyse est une idée très attractive car elle permet de stocker directement l'énergie solaire dans l’énergie chimique (liaisons chimiques) en utilisant une méthode propre.[1,2] Dans la plupart des cas, la cellule électrochimique utilisée pour la photoélectrolyse de d’eau est remplie d'un électrolyte aqueux et contient trois électrodes : un semi-conducteur de type n comme photoanode, une cathode métallique conventionnelle et une électrode de référence.
Dans le cadre du projet « H2-re.SWSquant », financé par le LABEX NanoSaclay, nous recherchons un stagiaire M2 qui aura plusieurs missions. Tout d'abord, elle/il réalisera la croissance des photoanodes à base d'hématite (Fe2O3) et de vanadate de bismuth (BiVO4), en utilisant des méthodes chimiques en milieux aqueux.[3–5] Deuxièmement, l’étudiant caractérisera le photocourant produit par ces photoanodes et quantifiera la quantité d’hydrogène produit lors de la réaction de photoélectrolyse. A partir de ces résultats, il évaluera l'efficacité Faraday.[6] Celle-ci sera en outre corrélée avec la composition chimique et la structure électronique des photoanodes déterminées par microscopie en transmission de rayons X (STXM) et par microscopie électronique à photoémission de rayons X (XPEEM) sur la ligne de lumière HERMES du synchrotron SOLEIL. Le stage se déroulera dans deux laboratoires : la croissance des photoanodes, les mesures de photocourant et d'hydrogène seront réalisées au CEA / IRAMIS / SPEC. Des expériences de microscopie (STXM, XPEEM, SEM) et de spectroscopie Raman seront réalisées au synchrotron SOLEIL. Le stage est financé par le LABEX NanoSaclay et le/la stagiaire sera rattaché administrativement au synchrotron SOLEIL.
Lien SOLEIL: https://www.synchrotron-soleil.fr/fr/emplois/stage-mesure-de-lefficacite-faraday-pour-quantifier-la-production-dhydrogene-par

1. Walter, M. G., Warren, E. L., McKone, J. R., Boettcher, S. W., Mi, Q., Santori, E. A. & Lewis, N. S. Chem. Rev. 110, 6446–6473 (2010).
2. Fujishima, A. & Honda, K. Nature 238, 37–38 (1972).
3. Stanescu, D., Piriyev, M., Villard, V., Mocuta, C., Besson, A., Ihiawakrim, D., Ersen, O., Leroy, J., Chiuzbaian, S. G., Hitchcock, A. P. & Stanescu, S. J. Mater. Chem. A 8, 20513–20530 (2020).
4. Packiaraj, R., Devendran, P., Asath Bahadur, S. & Nallamuthu, N. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 29, 13265–13276 (2018).
5. Diaz-Morales, O., Ferrus-Suspedra, D. & Koper, M. T. M. Chem. Sci. 7, 2639–2645 (2016).
6. Iandolo, B., Wickman, B., Seger, B., Chorkendorff, I., Zorić, I. & Hellman, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 1271–1275 (2014).