NIMBE

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

Le but de ce projet est de synthétiser de nouvelles molécules à base de porphyrines pour la fabrication de nanostructures mono- et bidimensionnelles. Les porphyrines sont des macrocycles tetrapyrroliques aromatiques ; les dérivés de porphyrines sont des briques essentielles du vivant, notamment pour le transport d’oxygène, pour les réactions d’oxydation et également pour la photosynthèse. Au-delà de cette importance dans le domaine du vivant, les propriétés optiques et électroniques des porphyrines en font un des matériaux les plus étudiés pour la conversion d’énergie, la catalyse, l’optique/optoélectronique et la médecine.



Dans le cadre de ce projet, les porphyrines synthétisées seront étudiées en collaboration avec plusieurs groupes de physiciens dans le but de réaliser sur surface par voie "bottom-up" des réseaux covalents (1D ou 2D) et d’étudier leur propriétés optiques et électroniques.

Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à A. Geim et K. Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l’engouement de la communauté scientifique. À cause de ces propriétés électroniques, le graphène est vu comme un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, piles à combustible, supercondensateurs).



Pour de nombreuses applications, il convient d’être capable de modifier et de contrôler les propriétés électroniques du graphène. Ceci peut être réalisé grâce à l’apport de la chimie organique. Dans ce sujet, nous proposons de synthétiser des motifs graphéniques en particulier des nanoparticules de graphène et d’étudier leurs propriétés d’absorption et d’émission dans l’IR. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le candidat devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.

Pour réussir leur entrée sur le marché du photovoltaïque, les cellules solaires à pérovskite doivent encore relever plusieurs défis de taille. L'évolutivité des processus et la stabilité des dispositifs doivent être assurées. Cette dernière en particulier a longtemps été l'une des principales causes de scepticisme et est encore sous-estimé dans la plupart des études.



Les conditions de fonctionnement en extérieur sont rarement prises en compte et seuls quelques rapports peuvent être trouvés. Tous les rapports montrent que, à mesure que le temps de test augmente, les dispositifs subissent des dégradations réversibles et, plus important encore, irréversibles, qui ne sont potentiellement pas détectées lors du suivi du point de puissance maximale (MPP) à température et à irradiance constantes d'un soleil, confirmant la nécessité de tests en extérieur dans des conditions opérationnelles réelles.

Cette thèse s'appuie sur : la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs destinés à être placés sur banc d'essai extérieur pour des essais en conditions opérationnelles.

L’utilisation à grande échelle des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFCs) pour la motorisation des véhicules nécessite le développement de nouveaux catalyseurs. En effet, les coûts élevés des PEMFCs sont principalement liés à la nécessité d’utiliser une grande quantité d’un métal noble, le platine, comme catalyseur des réactions électrochimiques afin d’obtenir des performances suffisantes. Ce travail de thèse concerne donc la fabrication et l’optimisation de nouveaux catalyseurs n’ayant qu’une faible quantité de Platine supporté sur un matériau carboné présentant lui aussi une activité catalytique vis-à-vis de la réduction de l’oxygène. Ces carbones supports enrichis en azote et comportant un métal non noble associé à une infime quantité de Platine devraient conduire à terme à des matériaux peu couteux. L’objectif du travail de thèse est donc de synthétiser et d’optimiser à large échelle des supports carbonés catalytiques et de quantifier le nombre de site actifs pour la fabrication de catalyseurs à faible chargement de platine.