Les sujets de thèses

6 sujets IRAMIS//NIMBE

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• Chimie

 

Catalyseurs innovants à atomes isolés pour l’hydrogénation et la déshydrogénation du CO2 et des LOHC

SL-DRF-23-0385

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l’Energie (LCMCE)

Saclay

Contact :

Caroline GENRE

Thibault CANTAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Caroline GENRE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE


Directeur de thèse :

Thibault CANTAT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 43 38

Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=cgenre

Labo : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/index.php

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/nimbe/LCMCE/

Les catalyseurs à atomes isolés (ou single-atom catalysts, SAC) sont des catalyseurs solides dont tous les atomes métalliques actifs sont isolés et stabilisés sur un support, ou par un alliage avec un autre métal. L’activité étant porté par des atomes métalliques isolés, leur sélectivité est excellente, et les qualités des SAC s’approchent de celles de catalyseurs homogènes tout en offrant les avantages de robustesse et d’aisance de manipulation des catalyseurs solides. Les SACs, qui permettent une forte économie en métaux catalytiques, sont de bons candidats pour la mise en place de transformations favorisant l’économie circulaire du carbone et le stockage d’énergie par le vecteur hydrogène. En particulier, ils peuvent jouer un rôle important pour l’hydrogénation du CO2 ainsi que pour les réactions d’hydrogénation et déshydrogénation de porteurs d’hydrogène liquides organiques (LOHC), qui sont un élément essentiel pour le transport et le stockage d’énergie par le vecteur hydrogène. Cependant ils restent assez peu décrits pour ces transformations, et les exemples existants impliquent le plus souvent des métaux nobles (Pd, Pt, Au).



L’objectif de cette thèse est double. D’une part, il s’agit de synthétiser et caractériser des catalyseurs à atomes isolés innovants à base de métaux non-nobles, (Ru, Fe, Mn, Co, Cu) capables de catalyser l’hydrogénation réversible de liaisons C=O dans le CO2 et le couplage déshydrogénant d’alcools avec l’eau et d’alcools entre eux. D’autre part, il s’agit d’explorer les possibilités des systèmes alcool + eau/acide carboxylique comme LOHC.



Le travail consistera à synthétiser, caractériser et tester l’activité catalytique de différents catalyseurs à atomes isolés. L’étudiant sera formé aux techniques de synthèse sous atosphère inerte, de catalyse en réacteurs sous pression, ainsi qu’à l’utilisation de diverses techniques d’analyse : SEM, HR-TEM, HAADF-TEM, EDX, XPS, XRDm



Nanostructures à base de porphyrines

SL-DRF-23-0001

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Directeur de thèse :

Stéphane CAMPIDELLI
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.campidelli/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

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.
Relation structures - propriétés dans les nanoparticules de graphène

SL-DRF-23-0002

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Directeur de thèse :

Stéphane CAMPIDELLI
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.campidelli/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

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.
Réactivité chimique des matrices polymères au cours du vieillissement : formation de composés non intentionnels et implications pour le recyclage des plastiques

SL-DRF-23-0044

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Stephanie Devineau

Jean-Philippe RENAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2023

Contact :

Stephanie Devineau
CEA - LIONS


Directeur de thèse :

Jean-Philippe RENAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=sdevineau

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Le recyclage des 460 millions de tonnes de plastiques produits chaque année représente un enjeu environnemental et énergétique majeur du 21e siècle. L’utilisation de plastiques recyclés constitue un important levier pour réduire les émissions globales de CO2 associées à la production et à la transformation des plastiques vierges. Notre capacité à recycler les plastiques reste cependant fortement limitée par l’apparition de nouveaux composés chimiques au cours du vieillissement des matières à recycler. Nous proposons dans cette thèse d'étudier le vieillissement des additifs des plastiques en combinant une étude historique et une approche expérimentale. Dans une première approche, nous documenterons les compositions et procédés de transformation des matières plastiques à partir de 1950, et, à partir d'échantillons datés, les composés nouveaux formés lors du vieillissement. Dans une seconde approche, nous simulerons les processus de vieillissement par irradiation contrôlée, de façon à reconstituer la ou les chaines réactionnelles. Les produits issus des vieillissements naturels et artificiels seront étudiés en terme de toxicité.

Stabilité de cellules et modules pérovskites triple mésoscopiques en conditions réelles d'utilisation extérieure

SL-DRF-23-0165

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Frédéric Oswald

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Frédéric Oswald
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 21 49

Directeur de thèse :

Frédéric Oswald
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 21 49

Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=foswald

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

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.

Utilisation de gaz issus du CO2 pour la synthèse de molécules à haute valeur ajoutée

SL-DRF-23-0324

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l’Energie (LCMCE)

Saclay

Contact :

Emmanuel NICOLAS

Thibault CANTAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Emmanuel NICOLAS
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 26 38

Directeur de thèse :

Thibault CANTAT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 43 38

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=enicolas

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lcmce/

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/

La synthèse industrielle de produits chimiques repose actuellement sur des voies d’oxydation de composés fossiles. Dans le contexte actuelle de transition énergétique et de réduction de la dépendance aux produits pétroliers, de nouvelles voies de sources de carbone doivent être utilisées pour permettre de maintenir la production de ces composés indispensables à nos sociétés. Le CO2 est un bon candidat, mais est peu réactif. Sa conversion en CO, couplé à la production d’H2 par électrolyse, permet la formation de syngas (mélange CO:H2) qui est un gaz réactif permettant la synthèse de nombreux produits chimiques, entre autres grâce au procédé Fisher-Tropsch.



Nous proposons dans ce projet de thèse de concevoir de nouveaux catalyseurs permettant la synthèse d’alkylamines par réaction de Fisher-Tropsch sur des amines, en utilisant des syngas issus de sources renouvelables. Le ou la doctorant(e) cherchera de nouveaux catalyseurs, les optimisera, en les testant dans la réaction de Fisher-Tropsch sur amines. L’objectif sera d’avoir un catalyseur à la fois efficace, sélectif, et peu sensible à des contaminants tels que O2 ou H2O. Une fois ce système optimisé, le catalyseur sera testé dans des dispositifs à concevoir et construire, permettant l’utilisation de syngas réels fournis par d’autres groupes au CEA, formés par gaséification de biomasse par exemple.

 

 

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