UMR 3685 NIMBE : Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie

NIMBE (Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie) est une Unité Mixte de Recherche CEA‐CNRS (UMR 3685), spécialisée dans la conception, le façonnage et l'analyse de la matière de l’échelle du micron à l'échelle nanométrique, ainsi que la compréhension des mécanismes physicochimiques et leurs synergies à ces échelles.

L'ensemble de ces approches est appliqué en priorité aux grands enjeux sociétaux que sont les (nano)matériaux pour la gestion durable de l’énergie, le traitement de l'information, l’environnement, le diagnostic biomédical, le patrimoine…

NIMBE compte une centaine de chercheurs et techniciens permanents et s’appuie sur 7 laboratoires :

L’unité fait partie des membres fondateurs de la Fédération de chimie physique du plateau de Saclay (FR3510 CNRS) et fait partie, via le CEA-Centre de Saclay en tant qu'organisme de recherche, de l'Université Paris-Saclay.

 

Ses principaux domaines d’activité transverses sont :

  • Économie circulaire - environnement
    Plusieurs thématiques de recherche du NIMBE concourent à mieux contrôler notre environnement (analyse, méthodes) et assurer la meilleure gestion possible de nos déchets :
    • Recyclage  (LICSEN), 
    • Dépollution (LICSEN),
    • Capteurs chimiques (LEDNA)
    • ou encore  l'Analyse et caractérisation des matériaux naturels (notamment géologiques)  (LEEL) .
       
  • Matériaux, nanomatériaux, matériaux pour l'électronique, l'énergie et matériaux du patrimoine
    • Les recherches fondamentales sur les matériaux permettent de développer des méthodes pour élaborer des matériaux complètement nouveaux aux propriétés originales. Ces recherches permettent également d'adapter les matériaux pour obtenir les meilleures performances dans la réaliation de dispositifs électroniques ou optiques.
    • Une autre voie de recherche est d'adapter les matériaux pour obtenir les meilleures performances dans la production d'énergie, pour résister à la corrosion, obtenir des matériaux fonctionnalisés ou encore avec de bonnes propriétés catalytiques.
    • Des méthodes théoriques et des simulations permettent de guider ces recherches pour la réalisation de matériaux "à façon".
       
  • Nouvelles technologies de l'énergie
    Un effort intense de recherche fondamentale est indispensable aujourd'hui, pour proposer demain de nouvelles avancées technologiques originales, permettant la réduction de nos émissions de CO2 et la nécessaire transition énergétique (sortir des sources d'énergies fossiles).
    • L'activité de recherche au NIMBE est ciblée sur plusieurs axes : Chimie des matériaux (LEDNA, LSDRM, LAPA, LEEL, LICSEN),     Catalyse (LCMCE), Electrochimie et suivi operando (LICSEN, LSDRM, LEEL) et Vieillissement et durabilité (LIONS, LAPA).
       
  • Biologie et santé / Biology and health
    Plusieurs laboratoires du NIMBE ont une activité de recherche en lien avec la biologie ou la santé :
    • Le LICSEN développe des technologies innovantes permettant d'obtenir des surfaces et nanostructures fonctionnalisées qui ont de multiples applications pour la biologie et les soins de santé : biocapteurs, implants, administration de médicaments, surfaces bactéricides...

    • Les techniques de RMN/IRM développées par le LSRDM sont à l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. La spectroscopie et l'imagerie RMN permettent notamment l'étude de macromolécules biologiques et du metabolome d'échantillon biologiques (cellules, tissus et organismes) et le développement de technologies pour la médecine du futur.

    • Au sein du LIONS, les études de dispositifs microfluidiques trouvent de multiples applications pour les études en biologie.

    • Le LEDNA avec le LIONS sont aussi très impliqués sur les études en nano-toxicologie.

       


 

The "Nanosciences and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy " research Unit (UMR 3685 CEA‐CNRS)

NIMBE (Nanosciences and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy) is  a CEA-CNRS Joint Research Unit (UMR 3685), specialized in the design, shaping and analysis of matter from the micron to the nanometer scale, as well as the understanding of physicochemical mechanisms and their synergies at these scales.

All of these research approaches are applied in priority to the major societal challenges of (nano)materials for sustainable energy management, information processing, environment, biomedical diagnostics, ancient heritage materials, etc...

NIMBE gather about a hundred permanent scientists and technicians and relies on 7 laboratories:

The unit is one of the founding members of the Fédération de chimie physique du plateau de Saclay (FR3510 CNRS) and, via the CEA-Centre de Saclay as a research organization, is part of the Université Paris-Saclay.

 
#2301 - Màj : 20/12/2023
Thèmes de recherche

Biologie et santé / Biology and health @ NIMBE

Plusieurs laboratoires du NIMBE ont une activité de recherche en lien avec la biologie ou la santé : Le LICSEN développe des technologies innovantes permettant d'obtenir des surfaces et nanostructures fonctionnalisées qui ont de multiples applications pour la biologie et les soins de santé : biocapteurs, implants, administration de médicaments, surfaces bactéricides...

 Biologie et santé / Biology and health @ NIMBE
 Matériaux, nanomatériaux, matériaux pour l'électronique, l'énergie et matériaux du patrimoine @ NIMBE

Matériaux, nanomatériaux, matériaux pour l'électronique, l'énergie et matériaux du patrimoine @ NIMBE

Les recherches fondamentales sur les matériaux permettent de développer des méthodes pour élaborer des matériaux complètement nouveaux aux propriétés originales. Ces recherches permettent d'adapter les matériaux pour obtenir les meilleures performances dans la réaliation de dispositifs électroniques ou optiques.

Nouvelles technologies de l'énergie @ NIMBE

Un effort intense de recherche fondamentale est indispensable aujourd'hui, pour pouvoir proposer demain de nouvelles avancées technologiques originales, permettant de faire faire face à la transition énergétique, permettant la nécessaire réduction de nos émissions de CO2.

 Nouvelles technologies de l'énergie @ NIMBE
 Économie circulaire - environnement @ NIMBE

Économie circulaire - environnement @ NIMBE

Plusieurs thématiques de recherche du NIMBE concourent à mieux contrôler notre environnement (analyse, méthodes) et assurer la meilleure gestion possible de nos déchets : Recyclage  (LICSEN) La maitrise de nos ressources en éléments chimiques de haute valeur, la nécessité de ne plus rejeter de carbone fossile dans l'atmosphère imposent aujourd'hui une transition énergétique et économique majeure, où le recyclage de nos matières premières (terres rares, plastiques, CO2.

Groupes de recherche / Laboratoires
Le Laboratoire "Archéomatériaux et Prévision de l’Altération" LAPA réunit des équipements et des chercheurs du CEA (NIMBE) et du CNRS (NIMBE UMR3685 et IRAMAT UMR7065). Le LAPA est spécialisé dans l’étude des systèmes composites constitués pour partie de matériaux métalliques.
Laboratoire archéomatériaux et prévision de l'altération (LAPA)
Laboratoire d'Etude des Eléments Légers (LEEL)
Au sein du Laboratoire d’Étude des Éléments Légers (LEEL), les thèmes de recherche se concentrent autour du comportement des éléments légers dans les matériaux pour l'énergie. Les activités vont de la synthèse des matériaux à la caractérisation.
Laboratoire de Chimie Moléculaire et Catalyse pour l'Energie (LCMCE)
LCMCE
Le Laboratoire de Chimie Moléculaire et Catalyse pour l'Energie (LCMCE) est spécialisé dans l’étude et la synthèse de composés moléculaires actifs, basés sur la chimie des métaux de transition, des éléments f et des éléments du groupe principal.
Responsable : Mathieu Pinault Le LEDNA (Laboratoire Edifices Nanométriques) comprend 18 permanents et une douzaine de doctorants, post-doctorants et CDD. Axée sur la recherche fondamentale en nanosciences, son expertise porte sur le développement, selon une approche bottom-up, de méthodes de synthèse et d’élaboration de nano-objets ou matériaux nanostructurés originaux.
Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)
Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)
LIONS    
Gold, emulsions, imogolites and microfluidics Découvrez le site internet du groupe Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire  (LIONS).   Discover the internet WEBsite of the LIONS (Interdisciplinary Laboratory on Nanoscale and Supramolecular Organization).
LSDRM
     Le Laboratoire de Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM) fait partie du NIMBE - UMR CEA-CNRS 3685. Les recherches menées au LSDRM sont centrées sur le développement et l’utilisation de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).
Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM)
Domaines Techniques
Spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse est une technique instrumentale d’analyse reposant sur la séparation, l’identification et la quantification des éléments constitutifs d’un échantillon en fonction de leur masse. Ainsi les atomes, molécules ou aggrégats sont extraits sous forme d'ions, puis triés par un système dispersif : secteur de champ électrique ou magnétique, filtre quadripolaire ou temps de vol.

Analyse chimique en ligne au LEDNA

Si les surfaces possèdent intrinsèquement des propriétés intéressantes (propriétés optiques ou magnétiques, interface électronique, catalyse, fonction biologique, ...), des fonctions spécifiques peuvent être ajoutées par nanostructuration, ou en déposant un revêtement, ou encore par l'adsorption ou le greffage de molécules aux propriétés spécifiques.

Dépôt de films minces à partir de la voie liquide

Dépôt en phase vapeur (PVD) couplé à un jet de nanoparticules, pour la synthèse de revêtements nanocomposites

Imprégnation et polissage

Mesures électrochimiques et électriques

Fonctionnalisation de surface / surface functionnalisation
Rayons X
Les rayons X, rayonnement électromagnétique au delà de l'ultra-violet lointain, couvrent une gamme de longueur d'onde autour du dixième de nanomètre. Cette distance est de l'ordre de la distance entre atomes dans la matière condensée. Ainsi les rayons X peuvent interagir avec ces atomes (diffraction) ou les électrons (diffusion).

Diffraction des rayons X : "D2 Phaser Brucker" au LEDNA

Patrick Berthault (NIMBE) et C. Fermon (SPEC)
Alternative à la diffraction des rayons X, la RMN est une méthode ben adaptée à l’étude des protéines et la caractérisation des produits chimiques de synthèse, ainsi que l’étude des matériaux désordonnés comme les verres, les polymères ou les bétons.

Instrumental setups @ LSDRM

Noble gas spin-exchange optical pumping (SEOP) setup in a van

La RMN à l 'IRAMIS
Microscopies électroniques TEM, MEB et LEEM/PEEM
Plusieurs types de microscopies électroniques sont disponibles à l'IRAMIS : - Microscopie à transmission (TEM : Transmission Electron Microscope), qui permet d'atteindre les plus hautes résolutions par diffusion/difffraction d'un faisceau d'électrons à travers un échantillon ultra-mince - Microscopie MEB et MEB-FEG (SPAM et SIS2M), ou microscopie à balayage, pour laquelle un faisceau d'électrons balaye la surface  de l'échantillon permettant d'obtenir une image de sa surface.

Microscopies électroniques au LEDNA

L'éclairement, par un rayonnement suffisamment énergétique, de la surface d'un matériau peut conduire à l'émission d'électrons dont la spectroscopie (étude en énergie) apporte des informations sur la composition de la surface étudiée.

Spectrométrie de photoélectrons X (XPS)

X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)

Spectroscopies électroniques
Diffusion des Rayons X aux petits angles / Small Angle X-Rays Scattering (SAXS)
X-rays are used to investigate the structural properties of solids, liquids or gels. Photons interact with electrons, and provide information about the fluctuations of electronic densities in heterogeneous matter. A typical experimental set-up is shown on Figure : a monochromatic beam of incident wave vector is selected and falls on the sample. The scattered intensity is collected as a function of the so-called scattering angle 2 teta.

SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline

Les nanotechnologies requièrent de réaliser des édifices complexes à l'échelle atomique. Ceux-ci sont généralement réalisées par dépôts sur un substrat (métal ou oxyde).

Synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser

Dépôts, croissance, films minces
Advanced Electrochemical Microscopy (SECM)
La microscopie électrochimique (SECM, pour Scanning ElectroChemical Microscopy) est une technique électrochimique qui s’est développée à partir de la fin des années 90. Elle consiste à approcher une électrode de taille micrométrique d’une surface qu’on cherche à étudier.
Permanents impliqués : Mickaël Bouhier, Jean-Charles Méaudre. La Reflectance Transformation Imaging (RTI), ou imagerie de transformation par réflectivité, est une méthode d’imagerie basée sur la compilation de clichés dont la seule variable est l’orientation de la source lumineuse. Cette technique, dite 2.
Elaboration d'un outil d'acquisition RTI open source (Reflectance Transformation Imaging)
Electrochimie
L'électrochimie est utilisée dans une large diversité de situations, que ce soit pour analyser des processus (corrosion, mécanismes de réactions en solution, etc... ) ou pour caractériser des matériaux -entre autre pour l'énergie.
A l’IRAMIS,  l’électrochimie est utilisée dans une large diversité de situations, que ce soit pour analyser des processus  (corrosion, mécanismes de réactions en solution, etc... ) ou pour caractériser des matériaux. Dans ce dernier volet, l’iramis a de nombreuses activités en électrocatalyse, dans les batteries, ou en biodétection.
La microfluidique est la science et la technologie des systèmes qui manipulent et transforment  de petites quantités de fluides (nanolitre à attolitre), en utilisant des canaux de quelques dizaines à plusieurs centaines de micromètres de dimension.  Depuis une décennie, la microfluidique est devenue un outil puissant  utilisé en recherche fondamentale et appliquée.
Microfluidique
Voir aussi
Laboratoire d'Innovation en Chimie des Surfaces et Nanosciences (LICSEN) :   Chemical Functionnalization of Surfaces ► Mechanisms of surface and nanomaterial modifications ► Application-oriented surface modifications : Graftfast®, Polymer metallization, the SEEP process, Substitution of Cr(VI), Antibacterial surfaces, Surfaces for water depollution ► Local chemical functionnalization using printing techniques     Chemistry of Nanomaterials ► Bottom-up synthesis of graphene quantum dots : single photon emitters ► Fonctionnalization of nanocarbons : carbon nanotubes, fullerenes, graphene ► Graphene oxide chemistry : synthesis and manipulation of graphene oxide, graphene oxide local reduction and electrochemical functionnalization     PV, Catalysis & Photo-catalysis for Energy ► Proton exchange membrane fuel cell and Electrolyzer : bio-inspired catalysts for hydrogen evolution and uptake, oxygen reduction reaction : bio-inspired catalysts, N-enriched carbon nanotubes, non-noble metal catalysts ► Photovoltaic : Perovskite-based solar cells (halide ionic migration (2017), degradation mechanisms (2018).
Laboratory 'Structure and Dynamics by Magnetic Resonance' :   Version française   The Laboratory 'Structure and Dynamics by Magnetic Resonance' (LSDRM) belongs to NIMBE, UMR CEA/CNRS 3685. The research axes are centered on the conception and the use of new NMR tools. Cutting edge methods and original approaches are proposed, from instrumental developments to molecular simulations.
Faits marquants scientifiques
19 février 2024
Face à la nécessaire transition énergétique pour éviter l'émission massive de CO2 liée à l'usage des produits pétroliers, la filière hydrogène-énergie verte est souvent mise en avant. Par ailleurs, les besoins de la chimie nécessitent aussi une source d'hydrogène non issue de produits carbonés fossiles.
16 février 2024
L'IRM (basée sur la Résonance Magnétique Nucléaire - RMN)* est une méthode d'analyse et d'imagerie bien connue pour son utilisation en médecine pour le diagnostic clinique. La technique est également très utilisée en chimie, biologie ou encore pour l'étude des matériaux.
02 janvier 2024
Le patrimoine artistique et archéologique métallique cuivreux nécessite une protection spécifique contre la corrosion. Pour ces œuvres, la présence d’une couche épaisse de produits de corrosion doit être préservée, ce qui impose des contraintes supplémentaires, et rend les produits industriels existants peu adaptés.
13 septembre 2023
Le graphène, matériau bidimensionnel, possède des propriétés mécaniques et électroniques remarquables pouvant permettre de multiples applications : renforcement de matériau composites, dispositifs de stockage d'énergie électrique… La réduction de taille de ce matériau 2D, en éléments de taille nanométriques bien calibrées lui apporte de nouvelles propriétés originales qui méritent d'être plus largement étudiées.
29 juin 2023
Du fait de leurs propriétés, les nanoparticules de dioxyde de titane sont largement utilisées dans les produits de consommation, notamment comme additif alimentaire, dans les cosmétiques ou comme pigment. Jusqu’à présent, elles étaient considérées comme chimiquement stable et insoluble.
09 juin 2023
Les déchets plastiques rejetés dans la nature se fragmentent jusqu'à former des micro- et nano-particules. De plus en plus de missions exploratoires et d’études montrent que ces particules sont aujourd'hui présentes dans de nombreux compartiments environnementaux.
24 mai 2023
Les batteries à flux redox (RFB) présentent le grand avantage de dissocier la quantité d'énergie stockée et la puissance délivrée. Elles sont donc spécifiquement adaptées au stockage des énergies intermittentes (solaire, éolienne).
15 mars 2023
Découverte : Notre-Dame de Paris est désormais identifiée comme la première cathédrale gothique de l’histoire, où le fer a été pensé comme un véritable matériau de structure, en une synthèse des innovations de l'époque.
14 mars 2023
Les plastiques, légers et peu onéreux, sont souvent préférés comme matériaux de contenant pour les produits alimentaires, ménagers ou de pharmacie. Une recherche active reste de mise pour garantir que le plastique choisi est bien inerte vis-à-vis du contenu et ne détériorera pas ses qualités.
29 septembre 2022
Face au défi mondial de la transition énergétique et de l’indépendance énergétique, d'intenses recherches académiques et industrielles sont poursuivies sur différents dispositifs de stockage d'énergie, dont les batteries et les super-condensateurs, pour atteindre une production d'électricité décarbonée.
08 juin 2022
Du fait de leurs propriétés optiques dans le domaine visible, les nanoparticules d’or (Au-NPs) ont de nombreuses applications dans multiples domaines et plusieurs entreprises produisent et commercialisent aujourd'hui des Au-NPs, en particulier aux USA et en Asie.
13 avril 2022
Les molécules possédant une liaison Si-H, ou hydrosilanes*, sont des composés essentiels dans l’industrie du silicium, mais leur production est difficile et énergivore.
13 janvier 2022
Depuis fin 2018, l'Alliance NTU Singapour - CEA pour la recherche en économie circulaire (SCARCE), premier laboratoire commun du CEA localisé à l’étranger, focalise ses efforts sur le recyclage des déchets électroniques.
13 septembre 2021
Pour le stockage de l’énergie, les batteries lithium-oxygène (Li-O2) sont envisagées comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion actuelles. Elles offrent en effet des énergies spécifiques théoriques bien plus élevées que les batteries actuelles (~ 3500 Wh/kg vs. 160 Wh/kg pour le Li-ion).
10 juin 2021
Les équipes NIMBE/LIONS du CEA-Iramis et "Régulation transcriptionnelle des génomes" de CEA-Joliot/I2BC se sont associées pour développer et valider un système innovant d’automatisation de cultures de cellules.
18 mai 2021
Les batteries d'accumulateurs rechargeables lithium-oxygène (Li-O2), ou lithium-air, sont des alternatives possibles aux batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie. Elles offrent en effet une énergie spécifique théoriquement élevée de l'ordre de ~ 3500 Wh kg-1, plus de dix fois supérieure à celle des accumulateurs Li-ion actuels.
12 mars 2021
Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques.
26 janvier 2021
La "corona" désigne l'enveloppe de protéines qui entoure spontanément toute nanoparticule plongée dans un milieu biologique. Elle joue un rôle important dans les mécanismes couramment en jeu en nanomédecine et nanotoxicologie.
21 janvier 2021
Après le retraitement des combustibles nucléaires, le stockage des déchets radioactifs ultimes est une nécessité.
08 novembre 2020
L'électrification automobile et le stockage des énergies renouvelables sont aujourd'hui dominés par la technologie des batteries Li-ion, qui dépend de ressources comme le lithium, le graphite, le cuivre et certains métaux de transition disponibles en quantités limitées et/ou géographiquement inégalement répartis.
20 octobre 2020
Le CEA, associé à l’ENS Paris-Saclay, et les Universités de Rennes et de San José (USA), a développé de nouvelles molécules émettrices de lumière pour la réalisation de diodes électroluminescentes organiques (OLEDs).
28 septembre 2020
Inauguré en mars 2019, le laboratoire commun entre l'Université technologique Nanyang (NTU) de Singapour et le CEA affiche ses premières publications co-signées par des chercheurs de NTU, du CEA-Iramis (NIMBE/LICSEN), de l’ICSM et de la DES à Marcoule.
22 septembre 2020
La contamination bactérienne des surfaces est une problématique majeure dans de nombreux domaines, comme le médical ou l’agroalimentaire. La physiologie particulière des bactéries en surface et le développement de souches multi-résistantes sont deux facteurs qui réduisent l'efficacité des agents antimicrobiens.
12 juillet 2020
Les nanomédicaments sont considérés comme des thérapies prometteuses pour le traitement du cancer. Cependant, leur utilisation clinique reste encore limitée, dû en partie au fait que leur comportement biologique n'est pas encore vraiment élucidé.
12 juin 2020
Dans la production industrielle de méthanol (CH3OH), l'atome de carbone est usuellement issu du méthane (CH4), provenant pour l'essentiel de gisements de pétrole, gaz naturel et de schistes. Une nouvelle stratégie pour préparer le méthanol à partir de l'acide formique (HCOOH), lui-même issu du CO2, est présentée par une équipe du NIMBE/LCMCE.
14 avril 2020
Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.
07 janvier 2020
Formuler un substitut sanguin capable de transporter efficacement l’oxygène, sans toxicité biologique ou chimique, et dont la préparation serait peu coûteuse pour de très grandes quantités, est un graal qui remonte au XVIIème siècle [1].
18 septembre 2019
Des chercheurs de l’I2BC@Saclay et de l’UMR NIMBE, en collaboration avec le Laboratoire Léon Brillouin (LLB), ont analysé la structure de la couronne composée de deux protéines modèles adsorbées sur des nanoparticules de silice, en utilisant la technique de diffusion des neutrons aux petits angles.
11 septembre 2019
La réduction catalytique de composés organiques comportant des liaisons C=O suscite de nombreuses études en chimie fine pour former des molécules d’intérêt (éthers, alcools…), mais l’obtention sélective d’un produit de réaction est parfois difficile. Le choix du catalyseur et du réducteur joue ici un rôle essentiel.
Publications HAL
Thèses
21 sujets IRAMIS/NIMBE

Dernière mise à jour :


 

Désoxygénation photocatalytique d’esters gras : vers la production d’alcanes biosourcés

SL-DRF-24-0431

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 :

Lucile ANTHORE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Lucile ANTHORE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 91 59

Directeur de thèse :

Lucile ANTHORE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 91 59

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

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

Les alcanes sont des molécules essentielles au secteur énergétique (carburants) comme en chimie de spécialité (cosmétiques, adhésifs…) ou en chimie fine. Aujourd’hui, ils sont essentiellement issus de ressources fossiles non renouvelables et leur utilisation participe au dérèglement climatique par la production de dioxyde de carbone. Pour atteindre un objectif de neutralité carbone, produire des alcanes à partir de sources de carbone renouvelables comme la biomasse apparaît donc comme une alternative intéressante. Dans la biomasse, les esters gras de type RCO2R’ présentent de longues chaînes alkyles mais la présence d’atomes d’oxygène ne leur permet pas de se substituer directement aux alcanes pétrosourcés.

L’objectif de cette thèse est de développer des systèmes catalytiques homogènes permettant la désoxygénation photocatalytique d’esters en alcanes correspondant, pas simple extrusion d’une molécule de CO2. L’énergie nécessaire à la réaction de réduction sera ainsi apportée par la lumière. Au cours de l’ensemble de ce projet de thèse, l’accent sera mis sur le développement des systèmes catalytiques et la compréhension des mécanismes réactionnels grâce à des études expérimentales (cinétiques, études RMN, observation des intermédiaires réactionnels…) associées à la chimie théorique (calculs DFT).
Simulation des nano-objets en milieu biologique

SL-DRF-24-0362

Domaine de recherche : Biotechnologies, nanobiologie
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 :

Yves BOULARD

Jean-Philippe RENAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

Yves BOULARD
CEA - DRF/JOLIOT/I2BC/

+33 169083584

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=jrenault

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

La compréhension des interactions non spécifiques ou spécifiques entre les biomolécules et les nanomatériaux est la clé du développement de nanomédicaments et de nanoparticules sûres. En effet, l'adsorption des biomolécules est le premier processus qui se produit après l'introduction de biomatériaux dans le corps humain ce qui contrôle leur réponse biologique. Dans le cadre de cette thèse, nous entreprendrons la simulation de l'interface nanosystème-biomolécules à l’échelle de la centaine de nanomètres en utilisant les nouveaux moyens de calcul exascale disponibles au CEA à partir de 2025 (machine Jules Verne installée au CCRT).
Coupures catalytiques de liaisons C–O et C-N appliquées à la transformation et la dépolymérisation réductrice de déchets plastiques

SL-DRF-24-0379

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 :

Jean-Claude Berthet

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jean-Claude Berthet
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 60 42

Directeur de thèse :

Jean-Claude Berthet
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 60 42

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/JeanClaude_Berthet.php

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

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

Le recyclage et la valorisation chimique des plastiques sont des étapes nécessaires et cruciales pour accélérer la transition vers une économie circulaire et diminuer la pollution liée à ces matières.

Le but de ce projet est de développer des systèmes catalytiques permettant de dépolymériser des matières plastiques oxygénées et azotées en leurs monomères ou en produits dérivés (alcools, amines, halogénures, voire hydrocarbures). Ces méthodes, permettant de récupérer en conditions douces la matière carbonée des polymères sous forme de produits chimiques utiles pour l’industrie chimique sont encore peu développées et seront, à l’avenir, des voies de traitements vertueuses de recyclage de certaines matières plastiques.
Le présent projet doctoral vise au développement et à l’utilisation de nouveaux complexes moléculaires métalliques (Aluminium, zirconium, terres rares, etc…) et des catalyseurs organiques (à base de bore),

• qui soient simples, peu chers, recyclables et plus sélectifs que ceux actuels (composés d'iridium, de ruthénium et bore), pour dépolymériser différentes variétés de plastiques (polyesters, polycarbonates, polyuréthanes et polyamides),
• qui permettent, dans le cas de catalyse réductrice, l’emploi d’hydrosilanes et hydroboranes mais aussi l’utilisation de nouveaux agents réducteurs agissant par hydrogénation par transfert.

Enfin, nous considèreront également l’emploi d’anhydrides organiques pour transformer les plastiques en composés organiques réactifs utiles en chimie organique.
Matériaux poreux intégrés dans des dispositifs pour l’analyse glycomique en milieu hospitalier.

SL-DRF-24-0442

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Marc MALEVAL

Martine Mayne

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Marc MALEVAL
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169084933

Directeur de thèse :

Martine Mayne
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE

01 69 08 48 47

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

Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LEDNA/

La glycomique consiste à identifier les oligosaccharides (OS) présents dans un fluide biologique en tant que source de biomarqueurs en vue de diagnostiquer diverses pathologies (cancers, maladie d’Alzheimer, etc.). Pour étudier ces OS, la préparation d’échantillon comporte 2 phases clés, le clivage enzymatique (coupure de la liaison entre les OS et les protéines) suivi d’une purification et extraction (séparation des OS et des protéines). Cependant, les matériaux actuellement utilisés dans les protocoles imposent de nombreuses étapes manuelles et chronophages, incompatibles avec une analyse à haut débit.

Dans ce contexte, le LEDNA, laboratoire spécialisée dans le domaine des matériaux a récemment développé un procédé sol-gel de fabrication de Monolithes à Porosité Hiérarchisée (HPMs) dans des dispositifs miniaturisés. Ces matériaux ont permis d’obtenir une preuve de concept démontrant leur intérêt pour la seconde étape de l’analyse glycomique, i.e. la purification et l’extraction des oligosaccharides. Le LEDNA souhaite désormais améliorer la première étape correspondant à la coupure enzymatique devenue limitante dans le processus d’analyse glycomique. La fonctionnalisation de matériaux poreux, notamment d’HPMs avec de l’enzyme rendrait ainsi possible une préparation d’échantillon simple en à peine quelques heures avec une unique étape.

L’objectif de cette thèse est donc de montrer que l’utilisation de matériaux poreux présentant une fonction double, catalytique et de filtration, appliqués à la préparation d’échantillons pour l’analyse glycomique constitue un moyen pertinent pour simplifier et accélérer l’analyse glycomique, ainsi que de les employer dans des études en lien avec le milieu hospitalier afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs de pathologies.

Le projet de recherche consistera à élaborer un dispositif intégrant des matériaux poreux présentant une fonction catalytique et de filtration. Pour ce faire, plusieurs aspects seront traités, allant de la synthèse et de la mise en forme de ces matériaux jusqu’à leur caractérisation de leurs propriétés texturales et physico-chimique. Un travail important sera porté sur l’immobilisation de l’enzyme. Le(s) prototype(s) les plus prometteurs seront évaluées dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides humain (plasma, lait). Les caractérisations physico-chimiques seront l’occasion de pratiquer des techniques variées (MEB, MET, etc.) ou encore la caractérisation des paramètres de porosité (adsorption d’azote, porosimètre Hg). L’analyse des oligosaccharides sera réalisée par spectrométrie de masse à haute résolution (essentiellement MALDI-TOF).

Pour ce projet de thèse pluridisciplinaire, nous recherchons un(e) étudiant(e) chimiste ou physico-chimiste, intéressé(e) par la chimie des matériaux et motivé(e) par les applications de la recherche fondamentale dans le domaine des nouvelles technologies pour la santé. La thèse sera effectuée dans deux laboratoires, le LEDNA pour la partie matériaux et le LI-MS pour l’utilisation des matériaux en analyse glycomique. L’activité de recherche sera menée dans le centre de recherche de Saclay (91).
Nouvelles membranes à base de nanofeuillets bidimensionnels

SL-DRF-24-0510

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 :

Jean-Christophe Gabriel

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-03-2024

Contact :

Jean-Christophe Gabriel
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0676043559

Directeur de thèse :

Jean-Christophe Gabriel
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0676043559

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/jean.gabriel/

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

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

Ce projet de thèse vise à exfolier de nouvelles architectures nanostructurées à bases de phases inorganiques bidimensionnelles. Ces nanostructures seront conçues pour des dispositifs de filtration et testées sur notre plateforme microfluidique. L'application visée est la purification de l'eau et la séparation sélectives des ions métalliques. Le doctorant interagira avec des chimistes, des physiciens et des électrochimistes dans un véritable environnement pluridisciplinaire, sur un sujet de recherche fondamentale directement connecté à des besoins applicatifs. Ainsi, lors de sa thèse l’étudiant sera exposé à un environnement pluridisciplinaire et amené à réaliser des expériences dans des domaines variés tels que la chimie inorganique, la physico-chimie, la micro/nano-fabrication et les méthodes de nano-caractérisation. Dans ce contexte, ce projet devrait potentiellement aboutir à des retombées sociétales significatives.

Pour la réalisation de ces dernières, il aura accès à une gamme très large et variée d’équipements allant du microscope optique au synchrotron de dernière génération (ESRF), en passant par les microscopes à effet de champs ou électroniques et les galvanostats.

Cette thèse est donc une excellente opportunité de croissance professionnelle tant d’un point de vue de vos connaissances, que de vos savoir-faire.
RMN hyperpolarisée en continu à base de parahydrogène et de catalyseurs greffés

SL-DRF-24-0590

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Gaspard HUBER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Gaspard HUBER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 64 82

Directeur de thèse :

Gaspard HUBER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 64 82

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/gaspard.huber/

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

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/Pisp/104/stephane.campidelli.html

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une robuste technique d'analyse, non invasive. Elle apporte de précieuses informations sur les réactions chimiques, qui sont ainsi mieux caractérisées et donc optimisées. Cependant la RMN est peu sensible, et les solutés peu concentrés, comme des intermédiaires de réaction, peuvent être inobservables par RMN classique. Une des méthodes connues pour augmenter drastiquement mais temporairement la sensibilité de la RMN consiste à créer un état d'hyperpolarisation dans le système de spins nucléaires, c'est-à-dire une polarisation bien supérieure à celle accessible avec les champs magnétiques dont on dispose. Une méthode d'hyperpolarisation emploie les propriétés particulières du parahydrogène. Elle nécessite l'emploi d'un catalyseur visant à ajouter le parahydrogène sur une liaison multiple ou un métal.

Le sujet de thèse consiste à investiguer l'apport conjoint de (i) l'hyperpolarisation à base de parahydrogène [1], (ii) un greffage du catalyseur adéquat sur des nanoparticules [2], et (iii) un mode d’analyse en continu [3] pour détecter et identifier des intermédiaires de réaction, des thématiques pour lesquels le laboratoire a acquis de l'expérience. Ce sujet implique un fort investissement en instrumentation, mais aussi des compétences en chimie de synthèse et en RMN.

La thèse se déroulera au sein du NIMBE, une unité mixte CEA/CNRS du CEA Saclay. La RMN hyperpolarisée et la synthèse auront lieu sous la responsabilité respective de de Gaspard HUBER, du LSDRM, et de Stéphane CAMPIDELLI, du LICSEN. Ces deux laboratoires du NIMBE sont situés dans des bâtiment très proches.

Reférences :
[1] Barskiy et al, Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2019, 33, 114-115,.
[2] Hijazi et al., Org. Biomol. Chem., 2018, 16, 6767-6772.
[3] Carret et al., Anal. Chem. 2018, 90, 11169-11173.
Synthèse et propriétés de nanoparticules de graphène hydrosolubles

SL-DRF-24-0013

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 : 01-10-2024

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. Nous nous attacherons particulièrement à rendre ces matériaux solubles dans l'eau afin de tester leurs propriétés en milieu biologique. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le/la candidat(e) devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.
Electrodes poreuses à base de nanodiamants pour la production photoélectrocatalytique de carburants solaires

SL-DRF-24-0426

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Jean-Charles ARNAULT

Hugues GIRARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jean-Charles ARNAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 68 08 71 02

Directeur de thèse :

Hugues GIRARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169084760

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

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

Parmi les semi-conducteurs à l'échelle nanométrique, les nanodiamants (ND) n'ont pas encore été réellement pris en compte pour les réactions photoélectrocatalytiques dans le domaine de l'énergie. Cela s'explique par la confusion avec le diamant monocristallin qui présente une large bande interdite (5,5 eV) ce qui nécessite une illumination UV profonde pour initier une photoréactivité. À l'échelle nanométrique, les ND contiennent des défauts natifs (carbone sp2, impuretés chimiques telles que l'azote) qui peuvent créer des états énergétiques dans la bande interdite du diamant, ce qui réduit l'énergie lumineuse nécessaire pour amorcer la séparation des charges. En outre, la structure électronique du diamant peut être fortement modifiée (sur plusieurs eV) en jouant sur ses terminaisons de surface (oxydées, hydrogénées, aminées), ce qui peut ouvrir la voie à des alignements de bandes optimisés avec les espèces à réduire ou à oxyder. En combinant ces atouts, le ND devient alors compétitif avec d'autres semi-conducteurs pour des photoréactions. L'objectif de ce doctorat est d'étudier la capacité des nanodiamants à réduire le CO2 par photoélectrocatalyse. Pour atteindre cet objectif, des électrodes seront fabriquées à partir de nanodiamants avec différents chimies de surface (oxydés, hydrogénés et aminés), soit en utilisant une approche conventionnelle de type encre, soit une approche plus innovante qui résulte en un matériau poreux comprenant des nanodiamants et une matrice déposée par PVD. Les performances (photo)électrocatalytiques sous illumination visible de ces électrodes à base de nanodiamants pour la réduction du CO2 seront alors étudiées en termes de taux de production et de sélectivité, en présence ou non d'un co-catalyseur moléculaire macrocyclique à base de métaux de transition.
Plaques bipolaires innovantes par impression 3D pour l’application PEMFC

SL-DRF-24-0244

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
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 :

Mélanie FRANCOIS

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Mélanie FRANCOIS
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169089191

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169 08 91 91

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=MF276647

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

Pour répondre à la demande énergétique croissante et diversifier le panel de ressources, l’hydrogène apparait comme un vecteur prometteur d’énergie propre et durable. Ce travail de thèse a pour objectif de contribuer au développement des piles à combustible à membrane échangeuse de proton (PEMFCs) et plus particulièrement des plaques bipolaires (PBs) qui assurent la distribution des gaz et la collection du courant. Dans un premier temps, des PBs en acier inoxydable seront conçues et fabriquées par impression 3D (procédé SLM – Selective Laser Melting). Plusieurs architectures de canaux seront élaborées et caractérisées, notamment in-situ en combinaison avec des assemblages membrane-électrode (AME). En parallèle, différents revêtements anticorrosion, tant organiques qu’inorganiques, seront développés. Ces revêtements seront caractérisés, notamment du point de vue de leur résistance à la corrosion, par des méthodes électrochimiques (courbes de polarisation et spectroscopie d’impédance). Ces travaux permettront de comprendre d’un point de vue fondamental les mécanismes et les paramètres limitant les performances des PEMFCs.
Simulations ab initio de catalyseurs pour la chimie verte

SL-DRF-24-0302

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Rodolphe POLLET

Patrick BERTHAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Rodolphe POLLET
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 37 13

Directeur de thèse :

Patrick BERTHAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 42 45

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/rodolphe.pollet/

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

La catalyse est aujourd’hui au cœur des procédés industriels de la chimie. Par exemple, la conversion d’un nitrile vers un amide, qui donne lieu à des applications industrielles en pharmacologie, en agrochimie, en chimie de synthèse, ou en chimie des polymères, par hydratation nécessite un catalyseur efficace en raison de sa lente cinétique. Pour des raisons autant environnementales que sociétales, l’un des enjeux majeurs aujourd’hui est de découvrir des catalyseurs sans métaux de transition, non toxiques, non corrosifs, et disponibles à un coût modéré. Un exemple de catalyseur remplissant ces critères est l'hydroxyde de choline.

Pour cette thèse, l’étudiant sera formé à la technique de simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction d'hydratation de différents nitriles aromatiques en faisant varier les conditions de l’expérience in silico. Il devra aussi effectuer en amont des calculs de chimie quantique permettant de décrire l’ensemble des interactions inter et intramoléculaires existantes. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en solution aqueuse et devra être appliquée au domaine innovant de la chimie verte.
Électrolytes solides hybrides pour batteries "tout solide" : Formulation et caractérisation multi-échelle du transport ionique

SL-DRF-24-0634

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Saïd Yagoubi

Thibault CHARPENTIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Saïd Yagoubi
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

+ 33 1 69 08 42 24

Directeur de thèse :

Thibault CHARPENTIER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

33 1 69 08 23 56

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/said.yagoubi/

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

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

Les batteries lithium-ion, largement présentes dans notre vie quotidienne, ont révolutionné les applications portables et sont maintenant utilisées dans les véhicules électriques. Le développement de nouvelles générations de batteries pour les futures applications dans le transport et le stockage d'électricité à partir de sources renouvelables est donc vital pour atténuer le réchauffement climatique.
La technologie lithium-ion est généralement considérée comme la solution privilégiée pour les applications nécessitant une haute densité d’énergie, alors que la technologie sodium-ion est particulièrement intéressante pour des applications qui requièrent de la puissance. Néanmoins, l’instabilité intrinsèque des électrolytes liquides entraîne des problèmes de sécurité.

Face aux exigences de respect de l’environnement et de sécurité, les batteries tout solide à base d’électrolytes solides peuvent apporter une solution efficace tout en répondant aux besoins accus de stockage d’énergie. Les verrous à lever pour permettre le développement de la technologie batterie "tout solide" résident essentiellement dans la recherche de nouveaux électrolytes solides chimiquement stables et ayant de bonnes performances électriques, électrochimiques et mécaniques. Dans cet objectif, ce projet de thèse vise à développer des électrolytes solides composites « polymère/polymère » et « polymère/céramique » ayant une performance élevée et une sécurité renforcée. Des caractérisations par spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) seront réalisées afin de comprendre la dynamique cationique (par Li+ ou Na+) à l’échelle macroscopique dans les électrolytes composites, tandis que la dynamique locale sera sondée à l'aide de techniques avancées de RMN à l'état solide (relaxation du 23Na/7Li, RMN 2D, RMN in-situ & operando). D’autres techniques de caractérisation comme la Diffraction des rayons X et des neutrons, l’XPS, la chronoampérométrie, le GITT…seront mises en œuvre pour une parfaite compréhension de la structure des électrolytes ainsi que des mécanismes de vieillissement aux interfaces électrolyte/électrolyte et électrolyte/électrode de la batterie tout solide.

Mots clés : électrolyte solide composite, batterie tout solide, interfaces, caractérisation multi-échelle, dynamique des ions Li+ et Na+, performance électrochimique, RMN du solide, diffraction RX/neutrons.
nanoréacteurs tubulaires durables à polarisation radiale pour la catalyse

SL-DRF-24-0284

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
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 :

Pierre PICOT

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Pierre PICOT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS/


Directeur de thèse :

Sophie LE CAER
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

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

Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LIONS/

Les exigences combinées liées à l'augmentation de la production d'énergie et à la nécessité de réduire les combustibles fossiles pour limiter le réchauffement de la planète ont ouvert la voie à un besoin urgent pour des technologies de collecte d'énergie propre. Une solution intéressante consiste à utiliser l'énergie solaire pour produire des carburants. Ainsi, les matériaux bon marché tels que les semi-conducteurs ont fait l'objet de nombreuses études pour les réactions photocatalytiques. Parmi eux, les nanostructures 1D sont prometteuses en raison de leurs propriétés intéressantes (surfaces spécifique et accessibles élevées, environnements confinés, meilleure séparation des charges). L'imogolite, une argile naturelle sous la forme d'un nanotubes creux, appartient à cette catégorie. Bien qu'elle ne soit pas directement photoactive dans le domaine de la lumière visible (bande interdite élevée), elle présente une polarisation permanente de sa paroi en raison de sa courbure intrinsèque. Cette propriété fait d'elle un co-photocatalyseur potentiellement utile pour la séparation des charges. De plus, ce nanotube appartient à une famille partageant la même structure locale avec différentes morphologies courbées (nanosphère et nanotuile). En outre, plusieurs modifications de ces matériaux sont possibles (dopage de la paroi avec des métaux, couplage avec des nanoparticules métalliques, fonctionnalisation de la cavité interne), ce qui permet d'ajuster la bande interdite. Pour l'instant, la preuve de concept (c'est-à-dire le nanoréacteur pour des réactions photocatalytiques) n'a été obtenue que pour la forme nanotube.

L'objectif de cette thèse est ainsi d'étudier toute la famille (nanotube, nanosphère et nanotuile, avec diverses fonctionnalisations) en tant que nanoréacteurs pour des réactions de réduction du proton et du CO2 déclenchées sous irradiation.
Effet de la substitution sur les propriétés ferroélectriques et photocatalytiques de nanoparticules de titanate de barium

SL-DRF-24-0401

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Yann LECONTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

Directeur de thèse :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

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

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

Dans le cadre de la transition énergétique, la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire apparait comme un moyen de stockage puis de production d’énergie extrêmement prometteur. La photoélectrolyse de l’eau, pour se développer à grande échelle, a besoin de matériaux à haut rendement catalytique. Parmi les candidats envisagés, les matériaux dérivés des titanates de barium apparaissent prometteurs car leurs propriétés ferro- et piezoélectriques pourraient augmenter leur effet photocatalytique. Nous proposons donc dans ce sujet, mené en collaboration entre le LEEL du CEA et le SPMS de Centrale – Supelec, de synthétiser des nanoparticules de BaTiO3 par spray pyrolyse en flamme en opérant des substitutions sur Ba et O afin d’étudier l’effet de ces modifications sur les propriétés ferroélectriques du matériau. L’ajout d’inclusions de métaux nobles en surface des particules, susceptibles d’améliorer la catalyse, sera également réalisée lors de la synthèse de ces dernières. Enfin, des tests de photocatalyse et de piezocatalyse permettront d’établir les liens entre les phénomènes ferroélectriques et catalytiques dans cette famille de matériaux.
Exploration de la réactivité de catalyseurs à base d’oxyde par radiolyse

SL-DRF-24-0239

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Nathalie HERLIN

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Nathalie HERLIN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169083684

Directeur de thèse :

Sophie LE CAER
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/sophie.le-caer/

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

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

Dans le contexte de la recherche de procédés moins polluants et plus économes en énergie que les procédés actuels, il est intéressant de produire des molécules à fort enjeu telles que par exemple C2H4 en développant des voies de synthèses alternatives au vapocraquage, majoritairement employé, mais coûteux en énergie et à base de ressources fossiles. Les procédés tels que la photocatalyse, qui repose sur l’utilisation de l’énergie lumineuse, paraissent alors séduisants pour générer ces molécules d’intérêt. Dans ce cadre, nous avons déjà montré que l’utilisation de photocatalyseurs à base de TiO2 décoré par des particules de cuivre permettait la production d’éthylène à partir d’une solution aqueuse d’acide propionique, le tout avec une sélectivité (C2H4/autres produits carbonés) allant jusqu’à 85%.

Cependant, les cinétiques de photocatalyse peuvent être lentes et il peut être long d’identifier les meilleurs catalyseurs ou les meilleurs couples « catalyseurs/réactifs » pour une réaction donnée. Ainsi, dans le but de déterminer si la radiolyse, qui repose sur l’utilisation du rayonnement pour ioniser la matière, peut être une méthode efficace de criblage de catalyseurs, des premières expériences ont déjà été réalisées sur les couples catalyseurs (TiO2 ou CuTiO2)/réactifs (acide propionique plus ou moins concentré), préalablement étudiés en photocatalyse. Les premiers résultats obtenus par radiolyse sont encourageants. Dans ces expériences, seule la production de dihydrogène a été mesurée. Une différence significative a été observée dans cette production selon les systèmes : elle est importante lors de la radiolyse d’acide propionique avec des nanoparticules de TiO2, et sensiblement plus faible en présence des nanoparticules CuTiO2, ce qui suggère un chemin réactionnel différent dans ce dernier cas, en accord avec les observations réalisées lors des expériences de photocatalyse.

Le but de ce travail de thèse consistera à approfondir ces premiers résultats en synthétisant des nanoparticules (catalyseurs), en préparant des mélanges réactifs/catalyseurs puis en les irradiant et en mesurant les différents gaz produits par micro-chromatographie en phase gazeuse, en se concentrant d’abord sur l’éthylène. Un soin particulier sera accordé à la détermination d’espèces formées, notamment transitoires, afin de proposer in fine des mécanismes de réaction rendant compte des différences observées pour les différents couples réactifs/catalyseurs. Des comparaisons avec des résultats obtenus par photocatalyse seront également effectuées.
La terre crue, un matériau millénaire aux nouvelles utilisations émergentes

SL-DRF-24-0360

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
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 :

Jean-Philippe RENAULT

Diane REBISCOUL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

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

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Diane REBISCOUL
CEA - DES/ICSM (DES)//L2ME

0033 4 66 33 93 30

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

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

Voir aussi : https://www.icsm.fr/index.php?pagendx=3898

Les matériaux en terre crue, qui ont trouvé de multiples utilisations depuis des millénaires, offrent aujourd'hui un potentiel considérable en matière d'adaptation au changement climatique, grâce à leurs capacités naturelles de régulation thermique et hydrique ainsi que leurs production et façonnement à faibles émissions de CO2. Toutefois, des avancées scientifiques restent nécessaires pour une compréhension plus fine de ces matériaux, à l'échelle nanométrique.

Cette thèse se concentre sur le lien entre les propriétés mécaniques des matériaux en terre crue et leur nanostructure en mettant l’accent sur les rôles de l'eau confinée, des ions et des substances organiques. Deux approches, basées sur l’expertise sur les milieux nanoporeux développée au CEA, à Saclay et à Marcoule, seront suivies : l'analyse de matériaux anciens par des méthodes de spectroscopie et de diffusion de rayonnement ainsi que la mise au point d'un protocole de criblage permettant d’identifier les paramètres physicochimiques importants pour la durabilité. Ces recherches, qui visent à terme à optimiser les formulations de matériaux en terre crue, seront menées en collaboration avec des architectes spécialistes du domaine.
Métamatériaux multiéchelles à base de composites polymères biosourcés 3D-imprimés

SL-DRF-24-0326

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
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 :

Valérie GEERTSEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Valérie GEERTSEN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0643360545

Directeur de thèse :

Valérie GEERTSEN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0643360545

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.geertsen/

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

La réduction de la densité des matériaux est une des voies privilégiées pour réduire notre empreinte énergétique. Une des solutions consiste à remplacer les matériaux massifs par des microtreillis. Parmi ceux-ci, les structures d’architecture aléatoire inspirées de la structure osseuse possèdent les meilleurs atouts avec un comportement mécanique isotrope et une tenue mécanique accrues tout en répondant aux enjeux de l’économie circulaire et à l'adaptation au changement climatique. Peu consommateurs de matière, ces métamatériaux sont fabriqués par impression 3D et peuvent être compactés en fin de vie. Parmi toutes les technologies de fabrication, l’impression par polymérisation UV de résine liquide organique ou de composite est la plus prometteuse. Elle permet d’obtenir des matériaux résistants mécaniquement, sans générer de déchet de fabrication. Il est en outre possible d’y inclure de forte quantité de charge biosourcées réduisant encore leur impact environnemental.

La thèse proposée ici consiste à mettre au point l’impression de structures en microtreillis composites, depuis la formulation de la résine composite jusqu’à l’étude des propriétés mécaniques (viscoélasticité, limite élastique et résistance à la rupture) en passant par l’étape d’impression et de post-traitement. D’un point de vue plus fondamental, il s’agira d’étudier le lien entre la composition, la forme et les propriétés de surface des charges d’une part, et les propriétés d’imprimabilité de la résine et la réponse mécanique du métamatériau résultant d’autre part. La thèse se focalisera sur l’étude de charge de type cellulose sous forme de nanoparticule, microparticule ou fibre.
Par cette étude multidisciplinaire allant de la molécule chimique à la physique statistique, il s’agira de faire le lien entre la science et la technologie et créer les données de base à un jumeau numérique. Ceci permettra de mieux appréhender l’ensemble des processus et fournira des données de base sur les propriétés d’élasticité et résistance à la rupture qui serviront de socle à la modélisation numérique pour la génération accélérée de nouveaux matériaux.
Synthèse de nanoparticules de diamant à façon pour la production d’hydrogène par photocatalyse

SL-DRF-24-0432

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Hugues GIRARD

Jean-Charles ARNAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Hugues GIRARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169084760

Directeur de thèse :

Jean-Charles ARNAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 68 08 71 02

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

Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LEDNA/

Nos résultats récents montrent que le nanodiamant peut agir comme un photocatalyseur, permettant la production d’hydrogène sous illumination solaire [1]. Malgré sa large bande interdite, sa structure de bande est adaptable selon sa nature et sa chimie de surface [2]. De plus, l’incorporation contrôlée de dopants ou de carbone sp2 conduit à générer des états supplémentaires dans la bande interdite qui augmentent l’absorption de la lumière visible comme le montre une étude récente associant notre groupe [3]. Les performances photocatalytiques des nanodiamants sont très dépendantes de leur taille, de leur forme et de leur concentration en impuretés chimiques. Il donc est essentiel de mettre au point une méthode de synthèse de nanodiamants "à façon" dans laquelle ces différents paramètres pourraient être finement contrôlés, afin de disposer d’une filière de nanodiamants "contrôlés" qui fait actuellement défaut.

Ce sujet de thèse vise à développer la synthèse de nanodiamants par une approche bottom-up utilisant un template sacrificiel (billes ou fibres de silice) sur lequel des germes de diamant < 10 nm seront fixés par interaction électrostatique. La croissance des nanoparticules de diamant à partir de ces germes sera réalisée en exposant ces objets à un plasma de croissance de dépôt chimique en phase vapeur activé par micro-ondes (MPCVD), ce qui permettra de contrôler très finement (i) l’incorporation d’impuretés dans le matériau (ii) sa qualité cristalline (rapport sp2/sp3) (iii) sa taille. Ce dispositif de croissance, qui existe au CEA NIMBE, est utilisé pour la synthèse de cœur-coquilles de diamant dopé au bore [4]. Dans la seconde partie de la thèse, un procédé innovant (demande de brevet en cours) sera mis en œuvre pour réaliser la croissance MPCVD des nanoparticules de diamant en faisant circuler les templates sacrificiels dans un flux gazeux. Au cours de cette thèse, plusieurs types de nanodiamants seront synthétisés : des nanoparticules intrinsèques (sans dopage intentionnel) et des nanoparticules dopées au bore ou à l’azote.

Après croissance, les nanoparticules seront collectées après dissolution du template. Leur structure cristalline, leur morphologie et leur chimie de surface seront étudiées au CEA NIMBE. Une analyse fine de la structure cristallographique et des défauts structuraux sera réalisée par microscopie électronique en transmission à haute résolution.

Les nanodiamants seront ensuite modifiés en surface pour leur conférer une stabilité colloïdale dans l’eau. Leurs performances photocatalytiques pour la production d’hydrogène seront mesurées en collaboration avec l’ICPEES de Strasbourg.

Références
[1] Patent, Procédé de production de dihydrogène utilisant des nanodiamants comme photocatalyseurs, CEA/CNRS, N° FR/40698, juillet 2022.
[2] Miliaieva et al., Nanoscale Adv. 2023.
[3] Buchner et al., Nanoscale (2022)
[4] Henni et al., Diam. Relat. mater. (under review)
Caractérisation in situ et en temps réel de nanomatériaux par spectroscopie de plasma

SL-DRF-24-0388

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Marc BRIANT

Yann LECONTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Marc BRIANT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE

01 69 08 53 05

Directeur de thèse :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

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

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

L'objectif de cette thèse est de développer un dispositif expérimental permettant de réaliser l'analyse élémentaire in situ et en temps réel de nanoparticules lors de leur synthèse (par pyrolyse laser ou pyrolyse par flamme). La spectrométrie d'émission optique de plasma induit par laser (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS) sera utilisée pour identifier les différents éléments présents et de déterminer leur stœchiométrie.

Les expériences préliminaires menées au LEDNA ont montré la faisabilité d'un tel projet et en particulier l'acquisition d'un spectre LIBS d'une nanoparticule unique. Néanmoins le dispositif expérimental doit être développé et amélioré afin d'obtenir un meilleur rapport signal sur bruit, de diminuer la limite de détection, de tenir compte des différents effets sur le spectre (effet de taille des nanoparticules, de composition ou de structure complexe), d'identifier et de quantifier automatiquement les éléments présents.

En parallèle, d'autres informations pourront être recherchées (via d'autres techniques optiques) comme la densité de nanoparticules, la distribution de taille ou de forme.
Création d’un jumeau numérique du procédé de Spray Pyrolyse en Flamme

SL-DRF-24-0402

Domaine de recherche : Simulation numérique
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Yann LECONTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

Directeur de thèse :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

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

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

Notre capacité à fabriquer des nanoparticules (NP) d'oxyde métallique avec une composition, une morphologie et des propriétés bien définies est une clé pour accéder à de nouveaux matériaux qui peuvent avoir un impact technologique révolutionnaire, par exemple pour la photocatalyse ou le stockage d'énergie. Parmi les différentes technologies de production, les systèmes de Spray Pyrolyse en Flamme (SPF) constituent une option prometteuse pour la synthèse industrielle de NP. Cette voie de synthèse repose sur l'évaporation rapide d'une solution - solvant plus précurseurs - atomisée sous forme de gouttelettes dans une flamme pilote pour obtenir des nanoparticules. Malheureusement, la maitrise du procède de synthèse SPF est aujourd’hui limitée à cause d’une trop grande variabilité de conditions opératoires à explorer pour la multitude de nanoparticules cibles. Dans ce contexte, l'objectif de ce sujet de thèse est de développer le cadre expérimental et numérique nécessaire au déploiement futur de l’intelligence artificielle pour la maitrise des systèmes SPF. Pour ce faire, les différents phénomènes prenant place dans les flammes de synthèse au cours de la formation des nanoparticules seront simulés, notamment au moyen de calculs de dynamique des fluides. Au final, la création d’un jumeau numérique du procédé est attendue, qui permettra de disposer d’une approche prédictive pour le choix des paramètres de synthèse à utiliser pour aboutir au matériau souhaité, ce qui diminuera drastiquement le nombre d’expériences à réaliser et le temps de mise au point de nouvelles nuances de matériaux.
Analyse in situ par spectroscopie RMN MAS de batteries Li-ion

SL-DRF-24-0325

Domaine de recherche : Stockage électrochimique d’énergie dont les batteries pour la transition énergétique
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Magali GAUTHIER

Alan WONG

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Magali GAUTHIER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

01 69 08 45 30

Directeur de thèse :

Alan WONG
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM


Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/magali.gauthier/

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

La résonance magnétique nucléaire à l'état solide (ssNMR) in situ est un outil de caractérisation précieux pour comprendre les réactions électrochimiques lors du fonctionnement d'une batterie. Cependant, les larges signaux obtenus en condition statique empêchent souvent d'exploiter totalement le potentiel de la caractérisation par RMN. Des expériences ssNMR ex situ, utilisant la rotation d'échantillon à angle magique (MAS), sont souvent nécessaires pour interpréter les données in situ. Comme pour toutes les caractérisations ex situ, les analyses ne représentent pas toujours fidèlement les processus électrochimiques en raison d'artefacts indésirables provenant du démontage de la cellule et de la séparation des électrodes. Par conséquent, le développement de la RMN in situ a été limité. Dans cette thèse l’étudiant s'attaquera à cette limitation en développant une cellule électrochimique RMN in situ permettant l'acquisition de données ssNMR à haute résolution avec la technique MAS, et permettant également une nouvelle méthode de spectroscopie ssNMR résolue dans l'espace. La combinaison de mesures in situ, de la technique MAS et de la spectroscopie localisée permettra de disposer d'un outil RMN unique pour approfondir les connaissances fondamentales de la chimie des batteries. Le doctorant mettra en évidence les atouts de l’outil développé en étudiant des phénomènes tels que les interfaces et la formation de dendrites dans des batteries Li-ion en fonctionnement.
Développement de lits granulaires denses et fluidisés dans des canaux microfluidiques pour des applications dans la santé

SL-DRF-24-0399

Domaine de recherche : Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux
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 :

Florent Malloggi

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Florent Malloggi
CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

+3316908 6328

Directeur de thèse :

Florent Malloggi
CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

+3316908 6328

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/florent.malloggi/

Labo : https://iramis.cea.fr/en/Pisp/lions/

Le problème de santé publique majeure qu'est la septicémie nécessite des technologies en rupture pour poser un diagnostic ultra-rapide. Les lits granulaires denses et fluidisés sont des systèmes idéaux pour les processus d'échange liquide-solide ou gaz/solide. Ils sont largement utilisés dans l'industrie en raison de leur rapport surface/volume élevé. Au cours de cette dernière décennie, la microfluidique associée aux laboratoires sur puce a permis de faire de nombreuse avancées notamment dans le cas de la préparation d'échantillon biologique. Nous proposons de développer une plateforme microfluidique polyvente qui permettra de créer de tels lits denses et fluidisés. Nous travaillerons dans un premier temps sur l’incorporation de membranes dans les microcanaux en nous appuyant sur le savoir-faire breveté et développé au laboratoire. Ensuite nous étudierons et caractériserons les lits granulaires pour finalement les tester sur la détection de bactéries dans des échantillons biologiques. Ce travail se fera en collaboration avec nos partenaires physiciens du LEDNA et biologistes du LERI du CEA Saclay.
Stages
Développement de la croissance de nanotubes alignés pour des études in-situ par microscopie électronique à transmission (MET)
Development of aligned nanotube growth for in-situ transmission electron microscopy (TEM) studies

Spécialité

Génie des procédés

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

CHARON Emeline
+33 1 69 08 63 16

Résumé/Summary
L'objectif du stage est d'ajuster les configurations et conditions expérimentales de synthèse de nanotubes de carbone (NTC) au regard des contraintes imposées par l’environnement d'un microscope électronique à transmission (E-TEM) de manière à démontrer la faisabilité de la croissance dans ces conditions. L’approche envisagée est l’implémentation de notre procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par un aérosol (AACCVD) sur le microscope.
The objective of the internship is to adjust the configurations and experimental conditions for the synthesis of carbon nanotubes (CNT) with respect to the constraints imposed by the environment of a transmission electron microscope (TEM) in order to demonstrate the feasibility of growth under these conditions. The envisaged approach is the implementation of our aerosol assisted chemical vapor deposition (AACCVD) process on the microscope.
Sujet détaillé/Full description
Les tapis de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) sont des matériaux aux propriétés intéressantes pour de nombreuses applications. Une méthode de choix et industriellement transférée pour la synthèse de VACNT de haute qualité est le dépôt chimique en phase vapeur assisté par un aérosol (AACCVD). Cette méthode a été jusqu’alors développée à pression atmosphérique et à haute température (800 à 850°C) [1,2] et récemment elle a été ajustée à la croissance sur aluminium qui impose des températures plus basses de l’ordre de 600°C [3,4]. Les résultats récents mettent en évidence une croissance de nanotubes alignés et denses. Toutefois, une limitation de la hauteur des tapis de VACNT se traduisant par une diminution de la vitesse de croissance en fonction de la durée de synthèse a été observée [3,5,6].

Dans ce contexte, l’objectif principal est d’approfondir notre compréhension de la croissance des VACNT spécifiquement à basse température et d’identifier les mécanismes mis en jeu de manière à aboutir à un meilleur contrôle du procédé de synthèse opéré à basse température. Pour cela, l’étude in situ, pendant la formation des nanotubes, permettant d’analyser la nature et la structure des nanoparticules catalytiques, ainsi que la formation potentielle de carbone désordonné influençant la limitation en longueur des CNT, s’avère très importante. Cette étude sera réalisée à l’échelle locale en utilisant un microscope électronique en transmission environnemental (E-TEM NANOMAX de l’Equipex TEMPOS) de manière à pouvoir analyser les nanoparticules catalytiques et le carbone en cours de formation autour des particules individuelles.
Le sujet de stage proposé s’inscrit dans ce contexte et fait l’objet d’une collaboration entre le NIMBE-LEDNA basé au CEA-Saclay et l’équipe SEEDs du département Matériaux du C2N. Il consistera, dans un premier temps, à ajuster les configurations et conditions expérimentales de synthèse des NTC au regard des contraintes imposées par l’environnement E-TEM de manière à démontrer la faisabilité de la croissance dans ces conditions. L’approche envisagée est l’implémentation de notre procédé AACCVD sur le microscope en l’adaptant de manière à pouvoir alimenter la zone de croissance avec des pressions contrôlées de vapeurs carbonées et catalytiques et permettre ainsi une synthèse des NTC à très basse pression (<1mbar). Des bâtis de tests seront utilisés pour réaliser les essais avant l’implémentation sur l’E-TEM et les premières observations. L’approche envisagée à long terme est en effet l’implémentation de notre procédé AACCVD sur l’E-TEM pour étudier in-situ la formation des NTC à basse température en mettant en œuvre une méthode CVD en une seule étape, ce qui, à notre connaissance, n’a jamais été réalisé.

[1] M. Pinault et al. (2005), Carbon 43, 2968–76.
[2] C. Castro et al. (2013), Carbon 61, 585–94.
[3] F. Nassoy et al. (2019) Nanomaterial 9, 1590.
[4] A. Combrisson et al. (2022) Nanomaterial 12, 2338.
[5] R. Xiang et al. (2008), J. Phys. Chem. C 112, 4892–6.
[6] E. Einarsson et al. (2008), Carbon 46, 923–30.

Durée souhaitée : 6 mois
Début : Dès que possible
Profil : Ingénieur 3ème année ou master 2 sciences des matériaux ou instrumentation ou génie des procédés ou chimie. Des compétences dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies ainsi que dans le développement instrumental seront bienvenues.

Les candidatures doivent être adressées par mail aux responsables du projet et doivent comporter :
- une lettre de motivation
- un CV
Mots clés/Keywords
Science des matériaux, nanomatériaux, instrumentation, chimie
Compétences/Skills
CCVD, MEB, spectrométrie Raman, bâti de tests, E-TEM
Logiciels
Pack office
Développement de revêtement anticorrosion pour plaques bipolaires de pile à combustible PEMFC
Development of anticorrosion coatings for PEMFC bipolar plates

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/05/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

FRANCOIS Mélanie
+33 1 69 08 91 91

Résumé/Summary
Le but de ce stage est développer des revêtements pour plaques bipolaires de piles à combustible PEMFC. Le revêtement devra protéger la plaque bipolaire vis à vis de la corrosion et présenter des propriétés de surface appropriées (mouillabilité) pour assurer le transport des gaz et de l'eau.
The aim of this internship is to develop coatings for bipolar plates in PEMFC fuel cells. The coating will have to protect the bipolar plate from corrosion and have suitable surface properties (wettability) to ensure gas and water transport.
Sujet détaillé/Full description
Contexte : les piles à combustible PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) sont une solution prometteuse pour la production d’énergie propre. Cependant, leur déploiement à grande échelle est toujours limité par certains facteurs tels que leurs performances, leurs durabilités et leur coût de fabrication.

Sujet : Ce stage portera sur le développement des plaques bipolaires, composant qui assure la distribution des gaz et la collection du courant. L’objectif principal sera de développer des revêtements anticorrosion, organiques ou inorganiques, pour plaques bipolaires en acier inoxydable dans le but d’améliorer les performances et la durabilité de celle-ci. Il s’agira de :
i) élaborer différents types de revêtement par voie chimique (électrogreffage) ou physique (pulvérisation cathodique – PVD) sur des substrats en acier inoxydable
ii) caractériser les revêtements : microstructure, composition chimique, corrosion par voltampérométrie et spectroscopie d’impédance électrochimique, mouillabilité par angle de contact, …
iii) transposer le(s) meilleur(s) revêtement(s) sur des plaques bipolaires métalliques élaborées par impression 3D : s’assurer de la bonne adhérence et de faibles résistances interfaciales de contact
iv) étudier les performances des revêtements in-situ avec un assemblage membrane électrode de référence par voltampérométrie et spectroscopie d’impédance électrochimique

Profil recherché : étudiant en master 2 ou équivalent (ingénieur) dans le domaine des sciences des matériaux ou physique-chimie. Des connaissances en électrochimie seraient appréciées.

Laboratoire d’accueil : CEA Paris-Saclay, laboratoire LICSEN (Laboratoire d’Innovation en Chimie des Surfaces et Nanosciences).
Background: PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) fuel cells are a promising solution for clean energy production. However, their large-scale implementation is still limited by factors such as performance, durability and manufacturing cost.

Subject: This internship will focus on the development of bipolar plates, the component that ensures gas distribution and current collection. The main objective will be to develop anticorrosion coatings, organic or inorganic, for stainless steel bipolar plates, the aim is to improve their performance and durability. This will involve :
i) develop different types of coating by chemical (electrografting) or physical (sputtering - PVD) means on stainless steel substrates
ii) characterize coatings: microstructure, chemical composition, corrosion by voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy, wettability by contact angle, etc.
iii) transpose the best coating(s) onto metal bipolar plates produced by 3D printing: ensure good adhesion and low interfacial contact resistances
iv) study the performance of in-situ coatings with a reference electrode membrane assembly, using voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy.

Candidate profile: Master 2 student or equivalent (engineer) in materials science or physics-chemistry. Knowledge of electrochemistry would be appreciated

Laboratory: CEA Paris-Saclay, LICSEN laboratory (Laboratory for Innovation in Surface Chemistry and Nanosciences).
Mots clés/Keywords
Chimie ; piles à combustible ; corrosion
Chemistry ; fuel cells ; corrosion
Compétences/Skills
Dépôt de couches minces Caractérisations usuelles (microscopie, diffraction des rayons X, spectroscopie infrarouge, ...) Caractérisations électrochimiques (courbes de polarisation et spectroscopie d'impédance)
Thin-film deposition Standard characterizations (microscopy, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, etc.) Electrochemical characterization (polarization curves and impedance spectroscopy)
Développement et étude de matériaux composites à base de nanotubes de carbone pour application aux réservoirs de fluides cryogéniques
Development and study of composite materials based on carbon nanotubes for application to cryogenic fluid reservoirs

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

04/04/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

CHARON Emeline
+33 1 69 08 63 16

Résumé/Summary
Le sujet de ce stage s’insère dans un projet de thèse dont l’objectif est de trouver le meilleur moyen d’intégrer des nanotubes de carbone dans des matériaux composites stratifiés, capables de ponter les microfissures de la matrice de ces composites, afin de limiter les fuites de carburant des réservoirs cryogéniques de lanceur.
The subject of this internship is part of a thesis project aimed at finding the best way of integrating carbon nanotubes into laminated composite materials, capable of bridging microcracks in the matrix of these composites, in order to limit fuel leaks from launch vehicle cryogenic tanks.
Sujet détaillé/Full description
L'émergence de nouvelles technologies de lanceurs "bas cout" motive la recherche et le développement de nouvelles architectures de matériaux à la fois légères et résistantes aux sollicitations thermomécaniques et chimiques. En particulier, le développement de nouvelles structures composites peut jouer un rôle très important en terme de gain de masse. Parmi les différents axes déjà initiés, l’allègement du réservoir cryogénique peut améliorer significativement les performances d’un étage propulsif.

Dans ce domaine, les études font état du développement de matériaux composites à matrices organiques variées (thermodurcissables ou thermoplastiques) intégrant des renforts de nature différentes : fibres de verre, fibres de kevlar ou fibres de carbone, noirs de carbone, graphène, nanoparticules de silice, et même plus récemment des nanotubes de carbone (NTC). Ces derniers, de par leurs propriétés physiques et mécaniques exceptionnelles ainsi que leur légèreté, pourraient apporter des avantages notables aux matériaux composites potentiellement utilisables pour la réalisation de réservoirs cryogéniques. Toutefois, l'état de l'art révèle un manque d'étude de ces nanomatériaux en environnement cryogénique. En effet, à notre connaissance les matériaux composites intégrant des NTC ont été étudiés en environnement azote liquide permettant ainsi de qualifier leur comportement à basse température en termes d'endommagement, mais aucune étude ne traite de la compatibilité de ces matériaux dans des environnements d'intérêt tels que l'oxygène liquide.

Dans ce contexte, une étude préliminaire réalisée entre le CEA et le CNES a permis d’élaborer des premières briques élémentaires composites innovantes intégrant des NTC. Cela a débouché sur la sélection de la matrice cyanate ester (appelée CE) et à des 1ers essais sous atmosphère d’oxygène gazeux pur (Gox), permettant de déterminer la température d’auto-inflammation du matériau. Les résultats de ces essais démontrent un effet bénéfique des NTC [1].

Le sujet de ce stage s’insère dans un projet de thèse dont l’objectif est de trouver le meilleur moyen d’intégrer des nanotubes de carbone dans des matériaux composites stratifiés, capables de ponter les microfissures de la matrice de ces composites, afin de limiter les fuites de carburant des réservoirs cryogéniques de lanceur. Connaissant les sollicitations mécaniques et thermiques, il s'agira de démontrer l'efficacité des NTC vis-à-vis de la tolérance à l'endommagement du matériau. La tolérance aux dommages est directement liée aux performances de résistance et d'étanchéité.
Pour ce faire, trois voies d’intégration des nanotubes de carbone sont envisagées :
1-Croissance des nanotubes de carbone (NTCs) directement sur fibres de carbone par CCVD [2],
2-Transfert d’un tapis de nanotubes de carbone alignés sur tissu de fibre de carbone pré-imprégnés de CE,
et 3-Dispersion aléatoire de nanotubes de carbone dans la matrice.

L’approche consistera à ajuster les paramètres de synthèse (durée, injection, atmosphère réactive…[3]) dans le but de maitriser les caractéristiques des NTC formés (alignement, longueur…). Une attention particulière sera notamment portée sur le contrôle de la longueur, du diamètre et de la densité notamment par analyse en microscopie électronique (MEB et MET) ainsi que la qualité structurale des NTC par spectrométrie Raman.

[1] J Bouillonnec, D Champonnois, K Mathis, M Pinault, M Mayne-L’Hermite, et D Miot. EUCASS proceeding 2022, 14
[2] M Delmas, M Pinault, S Patel, D Porterat, C Reynaud, M Mayne-L’Hermite. Nanotechnology 2012, 23
[3] C Castro, M Pinault, D Porterat, C Reynaud, M Mayne-L’Hermite. Carbon 2013, 61
The emergence of new "low-cost" launcher technologies is driving research and development into new material architectures that are both lightweight and resistant to thermomechanical and chemical stresses. In particular, the development of new composite structures can play a very important role in terms of weight savings. Among the various approaches already investigated, the lightening of the cryogenic tank can significantly improve the performance of a propulsion stage.

In this field, studies are reporting the development of composite materials with a variety of organic matrices (thermosetting or thermoplastic) incorporating reinforcements of different kinds: glass fibers, Kevlar or carbon fibers, carbon blacks, graphene, silica nanoparticles, and even more recently carbon nanotubes (CNT). The latter, with their exceptional physical and mechanical properties, as well as their light weight, could bring significant advantages to composite materials that could potentially be used to make cryogenic tanks. However, the state of the art reveals a lack of study of these nanomaterials in cryogenic environments. Indeed, to our knowledge, composite materials incorporating CNTs have been studied in liquid nitrogen environments, enabling us to qualify their low-temperature behavior in terms of damage, but there are no studies dealing with the compatibility of these materials in environments of interest such as liquid oxygen.

In this context, a preliminary study carried out by CEA and CNES has led to the development of the first innovative composite building blocks incorporating CNTs. This led to the selection of a cyanate ester matrix (known as CE) and initial tests under a pure oxygen gas atmosphere (Gox), to determine the material's auto-ignition temperature. The results of these tests demonstrated the beneficial effect of CNT [1].

The subject of this internship is part of a thesis project aimed at finding the best way of integrating carbon nanotubes into laminated composite materials, capable of bridging microcracks in the matrix of these composites, in order to limit fuel leaks from launcher cryogenic tanks. Knowing the mechanical and thermal stresses involved, the aim is to demonstrate the effectiveness of CNTs in terms of material damage tolerance. Damage tolerance is directly linked to strength and sealing performance.

To achieve this, three ways of integrating carbon nanotubes are proposed:
1-Growth of carbon nanotubes (CNTs) directly on carbon fibers by CCVD [2],
2-Transfer of a mat of aligned carbon nanotubes on carbon fiber fabric pre-impregnated with CE,
and 3-Random dispersion of carbon nanotubes in the matrix.

The approach will involve adjusting the synthesis parameters (time, injection, reactive atmosphere...[3]) with the aim of controlling the characteristics of the CNTs formed (alignment, length...). Particular attention will be paid to the control of length, diameter and density, notably by electron microscopy (SEM and TEM), and to the structural quality of the CNTs by Raman spectrometry.
Mots clés/Keywords
Chimie, instrumentation, nanosciences, nanotechnologies
Compétences/Skills
CCVD, MEB, MET, Spectroscopie Raman
CCVD, SEM, TEM, Raman spectroscopy
Dispositifs de mesure pour la qualité de l’air
Dispositifs de mesure pour la qualité de l’air

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/05/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MUGHERLI Laurent
+33 1 69 08 94 27

Résumé/Summary
Pour détecter des polluants dans l’air, nous développons des dispositifs de mesure compacts, performants et légers. Ces dispositifs sondent la réactivité chimique des polluants gazeux grâce à des microbilles colorées [voir : Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020 ; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].
To detect pollutants in the air, we are developing compact, high-performance, lightweight measuring devices. These devices probe the chemical reactivity of gaseous pollutants using colored microbeads [see: Mugherli et al, Lab-on-a-Chip 2020; Guittet et al, Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].
Sujet détaillé/Full description
Contexte :
Pour détecter des polluants dans l’air, nous développons des dispositifs de mesure compacts, performants et légers. Ces dispositifs sondent la réactivité chimique des polluants gazeux grâce à des microbilles colorées [Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020 ; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].

Objectif principal :
Ce projet vise à fabriquer des dispositifs de mesure et à les valider, en lien avec un chercheur post-doctorant.

Missions principales :
Trois actions principales seront à conduire :
(i) Fabriquer des matériaux
(ii) Fabriquer des dispositifs de mesures intégrant ces matériaux.
(iii) Evaluer ces dispositifs en présence de polluants, notamment sur banc.
Context :
To detect pollutants in the air, we are developing compact, high-performance, lightweight measuring devices. These devices probe the chemical reactivity of gaseous pollutants using colored microbeads [Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].

Main objective:
This project aims to fabricate measurement devices and validate them, in conjunction with a post-doctoral researcher.

Main tasks:
Three main actions will be carried out:
(i) Manufacture materials
(ii) Manufacture measurement devices incorporating these materials.
(iii) Evaluate these devices in the presence of pollutants, notably on a bench.
Mots clés/Keywords
Capteurs, Détection optique, Environnement, Qualité de l'air
Sensors, Optical detection, Environment, Air quality
Compétences/Skills
Aptitudes R&D : Chimie, Impression 3D, Optique, Spectroscopie Aptitudes Professionnelles : Autonomie, Efficacité, Créativité, Communication, Rédaction Intérêts : Environnement, Qualité de l’air
R&D skills: Chemistry, 3D Printing, Optics, Spectroscopy Professional skills: Autonomy, Efficiency, Creativity, Communication, Writing Interests: Environment, Air quality
Électrodes poreuses à base de nanodiamant pour la production photoélectrocatalytique de combustibles solaires
Nanodiamond-based porous electrodes: towards photoelectrocatalytic production of solar fuels

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GIRARD Hugues
+33 1 69 08 47 60

Résumé/Summary
L'objectif de ce stage est d'étudier le nanodiamant pour la photo(electro)catalyse, en synthétisant des électrodes poreuses faites de nanoparticules de diamant fonctionnalisées.
The objective of this internship is to study nanodiamonds for photo(electro)catalysis, by building porous electrodes made of functionnalized diamond nanoparticles.
Sujet détaillé/Full description
Among nanoscale semiconductors, nanodiamonds (ND) were not really yet considered for photo(electro)catalytic reactions. This originates from the confusion with ideal monocrystalline diamond behaving a wide bandgap (5.5 eV) that requires a deep UV illumination to initiate photoreactivity. At nanoscale, ND enclose native defects (sp2 carbon, chemical impurities) that can create energetic states in the diamond band gap decreasing the light energy needed to initiate the charge separation. This is supported by a recent study that involved our group with combined experimental results and DFT calculations [1]. The presence of sp2 carbon in hydrogenated detonation ND allows the emission of solvated electrons in water under visible light (400 nm) according to ultrafast transient absorption spectroscopy. In addition, the diamond electronic structure can be strongly modified playing on its surface terminations (oxidized, hydrogenated, aminated) [2]. Combining these assets, ND becomes competitive to other semiconductors toward photoreactions. For instance, we recently evidenced H2 production under solar illumination from water dissociation in presence of oxidized ND [3].

The objective of this internship is to go further in the study of nanodiamonds for photo(electro)catalysis. A first aspect of the work will concern the optimization of their surface chemistry by exploring new functionalization methods, notably by sonochemistry. The later approach is new, not reported on ND. The challenge will be to confer NH2 terminations to ND which may prove interesting for the production of solvated electrons. Surface modifications will be probed by a panel of spectroscopic techniques (FTIR, Raman, XPS, etc.). Modified ND will be then dispersed in aqueous colloids and characterized by DLS and Zetametry. A second aspect will concern the fabrication of porous ND electrodes. We will use a home-made set-up allowing the co-deposition of nanoparticles in an aerodynamic jet produced from colloidal suspensions and a solid matrix of amorphous carbon or ITO by PVD [4]. After morphological and chemical characterizations of the ND-based porous structures by SEM, TEM, EDX and XPS, their electrochemical behavior will be investigated by cyclic voltammetry and capacitance measurements. Finally, photoelectrochemical measurements will be considered to evaluate the potentiality of the approach toward photoelectrocatalysis.

References
[1] F. Buchner, Early dynamics of the emission of solvated electrons from nanodiamonds in water, Nanoscale. 2022, 14, 17188. https://doi.org/ 10.1039/d2nr03919b
[2] C. Nebel, A source of energetic electrons, Nature Materials. 2013, 12, 780
[3] C. Marchal et al., Oxidized detonation nanodiamonds act as an efficient photocatalyst to produce hydrogen under solar irradiation, under review
[4] S. Lai et al., Aerosol-based functional nanocomposite coating process for large surface areas Sci. Rep. 13, 4709 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31933-w

Supervision : Hugues Girard hugues.girard@cea.fr
Jean-Charles Arnault jean-charles.arnault@cea
Olivier Sublemontier olivier.sublemontier@cea.fr

Laboratory : CEA NIMBE, Nanometric Structures Laboratory (LEDNA)

Required skills: Nanomaterials, Colloids, Material characterizations, Photoelectrocatalysis
Among nanoscale semiconductors, nanodiamonds (ND) were not really yet considered for photo(electro)catalytic reactions. This originates from the confusion with ideal monocrystalline diamond behaving a wide bandgap (5.5 eV) that requires a deep UV illumination to initiate photoreactivity. At nanoscale, ND enclose native defects (sp2 carbon, chemical impurities) that can create energetic states in the diamond band gap decreasing the light energy needed to initiate the charge separation. This is supported by a recent study that involved our group with combined experimental results and DFT calculations [1]. The presence of sp2 carbon in hydrogenated detonation ND allows the emission of solvated electrons in water under visible light (400 nm) according to ultrafast transient absorption spectroscopy. In addition, the diamond electronic structure can be strongly modified playing on its surface terminations (oxidized, hydrogenated, aminated) [2]. Combining these assets, ND becomes competitive to other semiconductors toward photoreactions. For instance, we recently evidenced H2 production under solar illumination from water dissociation in presence of oxidized ND [3].

The objective of this internship is to go further in the study of nanodiamonds for photo(electro)catalysis. A first aspect of the work will concern the optimization of their surface chemistry by exploring new functionalization methods, notably by sonochemistry. The later approach is new, not reported on ND. The challenge will be to confer NH2 terminations to ND which may prove interesting for the production of solvated electrons. Surface modifications will be probed by a panel of spectroscopic techniques (FTIR, Raman, XPS, etc.). Modified ND will be then dispersed in aqueous colloids and characterized by DLS and Zetametry. A second aspect will concern the fabrication of porous ND electrodes. We will use a home-made set-up allowing the co-deposition of nanoparticles in an aerodynamic jet produced from colloidal suspensions and a solid matrix of amorphous carbon or ITO by PVD [4]. After morphological and chemical characterizations of the ND-based porous structures by SEM, TEM, EDX and XPS, their electrochemical behavior will be investigated by cyclic voltammetry and capacitance measurements. Finally, photoelectrochemical measurements will be considered to evaluate the potentiality of the approach toward photoelectrocatalysis.

References
[1] F. Buchner, Early dynamics of the emission of solvated electrons from nanodiamonds in water, Nanoscale. 2022, 14, 17188. https://doi.org/ 10.1039/d2nr03919b
[2] C. Nebel, A source of energetic electrons, Nature Materials. 2013, 12, 780
[3] C. Marchal et al., Oxidized detonation nanodiamonds act as an efficient photocatalyst to produce hydrogen under solar irradiation, under review
[4] S. Lai et al., Aerosol-based functional nanocomposite coating process for large surface areas Sci. Rep. 13, 4709 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31933-w

Supervision : Hugues Girard hugues.girard@cea.fr
Jean-Charles Arnault jean-charles.arnault@cea
Olivier Sublemontier olivier.sublemontier@cea.fr

Laboratory : CEA NIMBE, Nanometric Structures Laboratory (LEDNA)

Required skills: Nanomaterials, Colloids, Material characterizations, Photoelectrocatalysis
Mots clés/Keywords
Nanomatériaux, colloïdes, Photoélectrocatalyse
Nanomaterials, Colloids, Material characterizations, Photoelectrocatalysis
Compétences/Skills
FTIR, Raman, SEM-EDX, TEM, XPS, DLS
FTIR, Raman, SEM-EDX, TEM, XPS, DLS
Exploration de la réactivité de catalyseurs à base de TiO2 par radiolyse
Exploring the reactivity of TiO2-based catalysts by radiolysis

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

22/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

HERLIN Nathalie
+33 1 69 08 36 84

Résumé/Summary
L'objectif du stage est de contribuer à l'exploration du potentiel de la radiolyse comme méthodes de criblage de couples réactifs/catalyseurs, en vue du développement d'une chimie économe en énergie et à plus faible impact carbone.
The aim of the internship is to explore the potential of radiolysis as a screening method for reagent/catalyst couples, with a view to developing an energy-efficient chemistry with a lower carbon footprint.
Sujet détaillé/Full description
Dans le contexte de la recherche de procédés moins polluants et plus économes en énergie que les procédés actuels, il est intéressant de produire des molécules à fort enjeu telles que CH4, C2H4…. En effet, la fabrication d’éthylène, qui est un produit de base de l’industrie des polymères, nécessite l’emploi de hautes pressions et/ou de hautes température. Les procédés tels que la photocatalyse qui reposent sur l’utilisation de l’énergie lumineuse paraissent alors séduisants. Cela étant, leur efficacité est parfois faible et il peut être long d’identifier les meilleurs catalyseurs pour une réaction donnée.

Le service NIMBE (CEA/Saclay) est spécialiste de la synthèse de différents types de nanostructures pour répondre aux défis sociétaux des secteurs de l’énergie et de l’environnement, notamment. Dans le cadre de ses activités de recherche, il élabore des nanoparticules de TiO2 pures ou modifiées en surface par des métaux pour la photocatalyse. L’efficacité de ces nanoparticules a été testée en photocatalyse pour la production d’éthylène. Les résultats dépendent de la nature du métal employé, de sa dispersion, de la taille des nanoparticules… Dans le but de déterminer si la radiolyse, qui repose sur l’utilisation du rayonnement ionisant pour créer des espèces excitées, peut être une méthode efficace de criblage de catalyseurs, des premières expériences ont déjà été réalisées sur des couples réactifs/catalyseurs préalablement étudiés en photocatalyse. Les premiers résultats obtenus sont encourageants. Le but de ce stage consistera à approfondir ce travail en préparant des mélanges réactifs/catalyseurs en ampoules scellées puis à les irradier et à mesurer les gaz produits par micro-chromatographie en phase gazeuse, en se concentrant en particulier sur l’éthylène.

Ainsi, le stagiaire aura pour mission la mesure des différents gaz produits par irradiation des couples réactifs/catalyseurs et la comparaison avec les résultats obtenus en photocatalyse. Il pourra également être force de proposition pour étendre l’étude à d’autres catalyseurs ou réactifs, pour mesurer d’autres espèces d’intérêt et pour comprendre en détails les processus en jeu.

Le stage se déroulera au CEA-Saclay dans le service NIMBE (Nanosciences et Innovation, les Matériaux, la Biomédecine et l’Energie).

Profil : Master 1, Master 2 Matériaux, chimie physique
Rigueur, curiosité, goût pour l’expérimentation, sens critique.
Durée : 4-6 mois (à définir avec l’institut d’enseignement du stagiaire)
Début de stage souhaité : à partir de février 2024, à définir avec l’institut d’enseignement du stagiaire
Lieu : CEA Saclay, Saclay
Contacts : Nathalie Herlin-Boime : nathalie.herlin@cea.fr et Sophie Le Caër : sophie.le-caer@cea.fr
In the context of the search for less polluting and more energy-efficient processes than current ones, it is interesting to produce high-stake molecules such as CH4, C2H4.... The manufacture of ethylene, a basic product of the polymer industry, requires the use of high pressures and/or high temperatures. Processes such as photocatalysis, which are based on the use of light energy, are therefore attractive. However, their efficiency is sometimes low, and it can take a long time to identify the best catalysts for a given reaction.

The NIMBE unit (CEA/Saclay) specializes in the synthesis of different types of nanostructures to meet societal challenges particularly in the energy and environment sectors. As part of its research activities, it is developing pure TiO2 nanoparticles or nanoparticles surface-modified with metals for photocatalysis. The efficiency of these nanoparticles has been tested in photocatalysis for ethylene production. The results depend on the nature of the metal used, its dispersion, the size of the nanoparticles, etc. In order to determine whether radiolysis, which relies on the use of ionizing radiation to create excited species, can be an effective method of screening catalysts, initial experiments have already been carried out on reagent/catalyst couples previously studied in photocatalysis. The first results are encouraging. The aim of this internship is to extend this work by preparing reagent/catalyst mixtures in sealed ampoules, then irradiating them and measuring the gases produced by gas-phase micro-chromatography, focusing specifically on ethylene.

The trainee's task will be to measure the various gases produced by irradiation of the reagent/catalyst pairs and compare them with the results obtained in photocatalysis. He/she will also be able to make proposals to extend the study to other catalysts or reagents, to measure other species of interest and to gain a detailed understanding of the processes involved.

The internship will take place at CEA-Saclay in the CEA-CNRS NIMBE Unit (Nanosciences and Innovation, Materials, Biomedicine and Energy).

Profile: Master 1, Master 2 Materials, physical chemistry
Rigor, curiosity, taste for experimentation, critical thinking.
Duration: 4-6 months (to be defined with the trainee's teaching institute)
Starting date: from February 2024, to be defined with the trainee's teaching institute.
Location: CEA Saclay, Saclay
Contacts: Nathalie Herlin-Boime : nathalie.herlin@cea.fr and Sophie Le Caër : sophie.le-caer@cea.fr
Mots clés/Keywords
Radiolyse, materiaux, chimie physique
Compétences/Skills
Radiolyse, GC-MS
Radiolysis, GC-MS
Greffage de catalyseurs sur silice et utilisation en RMN hyperpolarisée à base de parahydrogène
Grafting catalysts on silica and use in hyperpolarized NMR based on parahydrogen

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Gaspard HUBER
+33 1 69 08 64 82

Résumé/Summary
L'hyperpolarisation par le parahydrogène est une méthode phare pour augmenter la sensibilité de la Résonance Magnétique Nucléaire. Cette méthode requiert un catalyseur qui, en solution, gène la résolution spectrale. Ce stage propose la synthèse de catalyseurs greffés sur silice et la relation entre leurs structures et leurs propriétés en RMN hyperpolarisée.
Parahydrogen hyperpolarisation is a leading method to increase the sensitivity of Nuclear Magnetic Resonance. This method requires a catalyst which, in solution, impairs spectral resolution. The present internship consists in the synthesis of catalysts grafted onto silica and the relationship between their structures and their hyperpolarised NMR properties.
Sujet détaillé/Full description
La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une puissante technique d'analyse non invasive, idéale pour caractériser des systèmes, notamment ceux qui évoluent temporellement. Ainsi, la robustesse et le caractère quantitatif de la RMN apportent de précieuses informations sur les réactions chimiques, qui sont ainsi mieux caractérisées et donc optimisées. Cependant la RMN est peu sensible, et les composés peu concentrés, comme des intermédiaires de réaction, peuvent être inobservables par RMN classique.

Une des méthodes connues pour augmenter drastiquement mais temporairement la sensibilité de la RMN emploie les propriétés particulières du parahydrogène. Le laboratoire a développé un montage d'enrichissement du dihydrogène en parahydrogène et effectué des développements méthodologiques sur son utilisation par RMN [1]. Certaines molécules peuvent voir leurs signaux caractéristiques augmentés au moyen d'une méthode nommée SABRE [2]. Cependant cette technique nécessite l'emploi d'un catalyseur dont les signaux RMN peuvent masquer des signaux de composés peu concentrés. En greffant le catalyseur sur un support solide nanoporeux, comme une silice, celui-ci peut être séparé du milieu à analyser et seuls les composés en solution donnent des signaux observables.

Le projet de recherche de M2 vise à explorer le greffage du catalyseur sur différentes silices, dans différentes proportions, et à caractériser l'augmentation des signaux RMN de solutés. On analysera dans un premier temps des solutions stables, puis si possible on suivra une réaction chimique, dont un réactif et/ou un produit est susceptible d'être observé par la méthode SABRE.

Les candidatures (CV et lettre de motivation) sont à envoyer à stephane.campidelli@cea.fr et gaspard.huber@cea.fr avant le 31 octobre 2023.

Références :
[1] Guduff et al. Single-Scan Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy of SABRE-Hyperpolarized Mixtures. ChemPhysChem 2019, 20, 392–398.
[2] Sellies et al. Parahydrogen induced hyperpolarization provides a tool for NMR metabolomics at nanomolar concentrations. ChemComm 2019, 55, 7235-7238.
Nuclear magnetic resonance (NMR) is a powerful non-invasive analysis technique, ideal for characterising systems, in particular those that change over time. The robustness and quantitative nature of NMR provide valuable information about chemical reactions, which can then be better characterised and optimised. However, NMR is quite low sensitive, and low-concentration compounds, such as reaction intermediates, may be unobservable by conventional NMR.

One of the methods known to temporarily but drastically increase the sensitivity of NMR employs the particular properties of parahydrogen. The laboratory has developed a set-up for enriching dihydrogen in parahydrogen and has carried out methodological developments on its use in NMR [1]. The characteristic signals of certain molecules can be enhanced using a method called SABRE [2]. However, this technique requires the use of a catalyst whose NMR signals can mask signals from low-concentration compounds. By grafting the catalyst onto a nanoporous solid support, such as silica, it can be separated from the medium to be analysed and only the compounds in solution give observable signals.

The M2 research project aims at exploring the grafting of the catalyst onto different silicas, in different proportions, and to characterise the increase in NMR signals from solutes. Initially, stable solutions will be analysed and then, if possible, a chemical reaction will be monitored, in which a reactant and/or product is likely to be observed by the SABRE method.
Applications (CV and covering letter) should be sent to stephane.campidelli@cea.fr and gaspard.huber@cea.fr by 31 October 2023.

References:
[1] Guduff et al. Single-Scan Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy of SABRE-Hyperpolarized Mixtures. ChemPhysChem 2019, 20, 392-398.
[2] Sellies et al. Parahydrogen induced hyperpolarization provides a tool for NMR metabolomics at nanomolar concentrations. ChemComm 2019, 55, 7235-7238.
Mots clés/Keywords
Spécialité chimie analytique, physico-chimie, synthèse, RMN, hyperpolarisation
Analytical chemistry or physical chemistry, with an interest in synthesis, NMR and experimental sciences
Compétences/Skills
Synthèse organique, RMN
Organic synthesis, NMR
Impact du biofouling sur la densité et la flottabilité des nano et microplastiques

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 15 50

Résumé/Summary
Les micro/nanoplastiques sont une pollution émergente omniprésente sur le globe. La colonisation des microplastiques par des organismes vivants pourrait favoriser leur transport. Ce projet vise à l'étudier et s’appuie sur l’expertise de deux laboratoires de recherche au CEA Saclay et au LNE (Yvelines).
Micro/nanoplastics are a ubiquitous form of emerging pollution. The colonization of microplastics by living organisms could facilitate their transport. This project aims to study this and draws on the expertise of two research laboratories at CEA Saclay and LNE (Yvelines).
Sujet détaillé/Full description
La présence de microplastiques (MPs) dans des environnements protégés ou des régions éloignées des sources d’émission démontre un transport possible sur de longues distances qui contribue ainsi à la dispersion des nano/microplastiques dans l’environnement. En milieu marin ou aquatique, la taille des microplastiques et leur densité par rapport à celle du milieu déterminent le comportement et les propriétés de flottabilité ou d’entraînement des particules dans les courants. La colonisation des microplastiques par des organismes vivants, ou biofouling, modifie ces propriétés et pourrait favoriser le transport ou au contraire la sédimentation des nano/microplastiques. L’objectif de ce stage est de déterminer l’impact du biofouling sur la flottabilité des particules demicroplastiques en mesurant la stabilité colloïdale et densité des microplastiques avec et sans biofilm. La mesure dimensionnelle par microscopie électronique à balayage (MEB) sera une étape clef pour identifier la distribution en taille des nano/microplastiques et servira de donnée d’entrée pour le SAXS. La sélection des MPs s’effectuera en adéquation avec les familles de plastiques et/ou en présence d’additifs.

Peu de techniques permettent de mesurer avec précision la densité de nanoparticules en suspension. Nous utiliserons la technique de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) pour mesurer la densité des microplastiques de différentes compositions en présence ou en l’absence d’un biofilm. Après mise en culture en présence de bactéries, le biofilm formé sera caractérisé par microscopie de fluorescence, microscopie électronique à balayage et microscopie Raman. La flottabilité des microplastiques sera évaluée par diffusion statique dynamique de la lumière (SMLS) en mesurant la vitesse de déplacement dans la colonne d’eau et le diamètre de Stokes des particules. Ces expériences seront réalisées en eau douce et en eau de mer afin d’évaluer l’effet de la variation de densité des microplastiques par rapport à celles du milieu sur leurs propriétés de transport.

Ce projet s’appuie sur l’instrumentation et l’expertise de deux laboratoires de recherche au CEA Saclay et au LNE (Yvelines).
Profil du candidat : étudiant(e) en mastère ou en école d’ingénieur avec une spécialisation en physique, chimie, ou science des matériaux, avec de bonnes connaissances sur l’une ou plusieurs des techniques expérimentales (spectroscopie, diffusion de la lumière). Une première expérience ou un goût pour la microbiologie et les études environnementales serait un plus.
The presence of microplastics (MPs) in protected environments or remote regions away from emission sources demonstrates the potential for long-distance transport, contributing to the dispersion of nano/microplastics in the environment. In marine or aquatic environments, the size of microplastics and their density in relation to that of the environment determine the behavior and floating or dragging properties of particles in currents. The colonization of microplastics by living organisms, or biofouling, modifies these properties and could favor the transport or, on the contrary, the sedimentation of nano/microplastics. The aim of this internship is to determine the impact of biofouling on the floating properties of microplastic particles by measuring their colloidal stability and density with and without biofilm. Dimensional measurement by scanning electron microscopy (SEM) will be a key step in identifying the size distribution of nano/microplastics and will serve as input data for SAXS. MPs will be selected according to their suitability for plastic families and/or in the presence of additives.

Few techniques can accurately measure the density of nanoparticles in suspension. We will use small-angle X-ray scattering (SAXS) to measure the density of microplastics of different compositions in the presence or absence of a biofilm. After culturing in the presence of bacteria, the biofilm formed will be characterized by fluorescence microscopy, scanning electron microscopy and Raman microscopy. The floating properties of microplastics will be assessed by static dynamic light scattering (SMLS), by measuring the speed of movement in the water column and the Stokes diameter of the particles. These experiments will be carried out in freshwater and seawater, to assess the effect of variations in microplastic density relative to that of the medium on their transport properties.

This project draws on the instrumentation and expertise of two research laboratories at CEA Saclay and LNE (Yvelines).

Candidate profile: Master's or engineering student specializing in physics, chemistry or materials science, with good knowledge of one or more experimental techniques (spectroscopy, light scattering). Initial experience or a taste for microbiology and environmental studies would be a plus.
Mots clés/Keywords
Nanosciences
Compétences/Skills
SAXS, microscopies optiques et électroniques, cultures bactériennes
La synthèse automatisée des nanoparticules
Automated synthesis of nanoparticles

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01/04/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Levenstein Mark
+33 1 69 08 57 34

Résumé/Summary
Ce stage se concentre sur l'avancement de la synthèse des nanoparticules grâce à une surveillance en temps réel utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). L'objectif est d'établir un système de contrôle précis des propriétés des nanoparticules en créant une configuration de synthèse automatisée avec une boucle de rétroaction entre les mesures de SAXS et les paramètres de synthèse. Le stagiaire travaillera sur la synthèse de nanoparticules modèles (SiO2) avec une précision sub-nanométrique, analysera les motifs de SAXS, comprendra l'impact des paramètres opérationnels sur les taux de nucléation et d'agrégation, et construira finalement une boucle de contrôle de rétroaction pour produire des nanoparticules de tailles prédéterminées.
This internship focuses on advancing nanoparticle synthesis through real-time monitoring using in situ small-angle X-ray scattering (SAXS). The goal is to establish a precise control system for nanoparticle properties by creating an automated synthesis setup with a feedback loop between SAXS measurements and synthesis parameters. The intern will work on synthesizing model nanoparticles (SiO2) with sub-nanometer accuracy, analyzing SAXS patterns, understanding the impact of operational parameters on nucleation and aggregation rates, and ultimately building a feedback control loop for producing nanoparticles with predetermined sizes.
Sujet détaillé/Full description
En raison de la réduction de taille, les nanoparticules présentent des propriétés exceptionnelles adaptées à une large gamme d'applications telles que l'optique, la production et le stockage d'énergie, et la médecine, pour n'en nommer que quelques-unes. Ces applications nécessitent souvent un contrôle très précis de la taille, de la structure et de l'état d'agrégation des nanoparticules. Actuellement, ce contrôle est approximatif et repose essentiellement sur des approches d'essais et d'erreurs.

Dans ce contexte, nous développons une approche où la synthèse des nanoparticules en solution est surveillée en temps réel par diffraction des rayons X aux petits angles (SAXS) in situ. L'objectif à long terme est de dicter précisément les propriétés des nanoparticules finales en mettant en place une synthèse automatisée avec une boucle de rétroaction entre la taille, le nombre et l'état d'agrégation des nanoparticules mesurés par SAXS et les paramètres opérationnels de la synthèse (par exemple, injection de réactif, pH, température).

L'objectif de ce stage est de construire et de valider la configuration en synthétisant des nanoparticules modèles (SiO2), avec une précision sub-nanométrique sur la taille et sans agrégation. Il consistera à 1) synthétiser des nanoparticules de SiO2 en solution, 2) compléter la comparaison en temps réel des motifs de SAXS avec des modèles physiques, 3) comprendre la dépendance des taux de nucléation, de croissance et d'agrégation par l'utilisation ou l'amélioration des théories actuelles, et 4) utiliser cette compréhension fondamentale pour construire la boucle de contrôle de rétroaction et produire des nanoparticules de taille prédéterminée.
Owing to size reduction, nanoparticles have outstanding properties suitable for a broad range of applications, like optics, energy production and storage, and medicine to name a few. Such applications often require very precise control over the size, structure, and aggregation state of the nanoparticles. But currently, this control is only approximate and essentially relies on trial-and-error approaches.

In this context, we are developing an approach where the synthesis of nanoparticles in solution is monitored in real time by in situ small-angle X-ray scattering (SAXS). The long-term objective is to precisely dictate the properties of the final nanoparticles by making an automated synthesis set-up, with a feedback loop between the size, number, and aggregation state of the nanoparticles as measured by SAXS and the operational parameters of the synthesis (e.g., injection of reactant, pH, temperature).

The aim of this internship is to build and validate the setup by synthesizing model nanoparticles (SiO2), with sub-nanometer accuracy on the size, and no aggregation. It will consist in 1) solution-based synthesis of SiO2 nanoparticles, 2) completing the real-time comparison of SAXS patterns with physical models, 3) understanding the dependency of the rates of nucleation, growth, and aggregation on operational parameters by using or improving current theories, and 4) using this fundamental understanding to build the feedback control loop and produce nanoparticles with pre-determined size.
Mots clés/Keywords
Nanoparticules, diffusion des rayons X, théories de nucléation/croissance, systèmes de contrôle
Nanoparticles, X-ray scattering, nucleation / growth theories, control systems
Compétences/Skills
Chimie en solution, diffusion des rayons X aux petits angles, codage Python, théories de nucléation/croissance, microscopie électronique en transmission, apprentissage machine.
Solution chemistry, small-angle X-ray scattering, Python coding, nucleation/growth theories, transmission electron microscopy, machine learning.
Logiciels
Python, Excel, pySAXS
Matériaux colorés pour la qualité de l’air
Colored materials for air quality

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/05/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MUGHERLI Laurent
+33 1 69 08 94 27

Résumé/Summary
Pour détecter des polluants dans l’air, nous développons des dispositifs de mesure compacts, performants et légers. Ces dispositifs sondent la réactivité chimique des polluants gazeux grâce à des microbilles colorées [Voir : Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020 ; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].
To detect pollutants in the air, we are developing compact, high-performance, lightweight measuring devices. These devices probe the chemical reactivity of gaseous pollutants using colored microbeads See: [Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].
Sujet détaillé/Full description
Contexte :
Pour détecter des polluants dans l’air, nous développons des dispositifs de mesure compacts, performants et légers. Ces dispositifs sondent la réactivité chimique des polluants gazeux grâce à des microbilles colorées [Voir : Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020 ; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].

Objectif principal :
Ce projet vise à fabriquer des matériaux de différentes couleurs, et à évaluer leurs capacités de détection.

Missions principales :
Deux actions principales seront à conduire au cours du stage :
(i) Fabriquer des matériaux par procédé Sol-Gel.
(ii) Evaluer la réactivité de ces matériaux vis-à-vis de polluants.
Background :
To detect pollutants in the air, we are developing compact, high-performance, lightweight measuring devices. These devices probe the chemical reactivity of gaseous pollutants using colored microbeads [See: Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].

Main objective :
The aim of this project is to manufacture materials in different colors, and to evaluate their detection capabilities.

Main tasks :
Two main actions will be carried out during the internship:
(i) Manufacture materials using the Sol-Gel process.
(ii) Evaluate the reactivity of these materials towards pollutants.
Mots clés/Keywords
Matériaux, Physico-chimie, Environnement, Qualité de l'air
Materials, Physical chemistry, Environment, Air quality
Compétences/Skills
Aptitudes R&D : Chimie, Physico-chimie, Optique, Spectroscopie Aptitudes professionnelles : Autonomie, Efficacité, Créativité, Communication, Rédaction Intérêts : Environnement, Qualité de l’air.
R&D skills: Chemistry, Physical chemistry, Optics, Spectroscopy Professional skills: Autonomy, Efficiency, Creativity, Communication, Interests: Environment, Air quality.
Matériaux formatés pour la qualité de l’air

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/05/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MUGHERLI Laurent
+33 1 69 08 94 27

Résumé/Summary
Pour détecter des polluants dans l’air, nous développons des dispositifs de mesure compacts, performants et légers. Ces dispositifs sondent la réactivité chimique des polluants gazeux grâce à des microbilles colorées [Voir : Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020 ; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].
To detect pollutants in the air, we develop compact, high-performance, lightweight measuring devices. These devices probe the chemical reactivity of gaseous pollutants using colored microbeads [See : Mugherli et al, Lab-on-a-Chip 2020; Guittet et al, Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].
Sujet détaillé/Full description
Contexte :
Pour détecter des polluants dans l’air, nous développons des dispositifs de mesure compacts, performants et légers. Ces dispositifs sondent la réactivité chimique des polluants gazeux grâce à des microbilles colorées [voir : Mugherli et al., Lab-on-a-Chip 2020 ; Guittet et al., Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].

Objectif principal :
Ce projet vise à fabriquer des matériaux de différents formats, et notamment avec des procédés microfluidiques. Les actions seront réalisées en lien avec un doctorant.

Missions principales :
Deux actions principales seront à conduire :
(i) Fabriquer des matériaux par procédé Sol-Gel.
(ii) Caractériser la structure et la fonction de ces matériaux.
Context :
To detect pollutants in the air, we are developing compact, high-performance, lightweight measuring devices. These devices probe the chemical reactivity of gaseous pollutants using colored microbeads [see: Mugherli et al, Lab-on-a-Chip 2020; Guittet et al, Journal of Sol-gel Science and Technology 2023].

Main objective:
This project aims to fabricate materials of various formats, and in particular with microfluidic processes. Actions will be carried out in conjunction with a PhD student.

Main tasks:
Two main actions will be carried out:
(i) Fabricate materials using Sol-Gel processes.
(ii) Characterize the structure and function of these materials.
Mots clés/Keywords
Matériaux, Détection optique, Environnement, Qualité de l'air
Materials, Optical detection, Environment, Air quality
Compétences/Skills
Aptitudes R&D : Chimie, Microfluidique, Optique Aptitudes professionnelles : Autonomie, Efficacité, Créativité, Communication, Rédaction Intérêts : Environnement, Qualité de l’air
R&D skills: Chemistry, Microfluidics, Optics Professional skills: Autonomy, Efficiency, Creativity, Communication, Writing Interests: Environment, Air quality
Nanostructures à base de porphyrines
Porphyrin-based nanostructures

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

22/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34

Résumé/Summary
Les porphyrines sont des macrocycles tetrapyrroliques aromatiques qui présentent une grande diversité de propriétés optiques, opto-électroniques et électrochimiques. Le but de ce projet est de synthétiser de nouveaux matériaux à base de porphyrines pour tirer partie de ces propriétés.
Porphyrins are aromatic tetrapyrrolic macrocycles that exhibit a wide range of optical, optoelectronic and electrochemical properties. The aim of this project is to synthesize new materials based on porphyrins to take advantage of these properties.
Sujet détaillé/Full description
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.

D'autre part, à cause de leur structure et de la grande versatilité de leur synthèse, les porphyrines meso-substituées ont permis la formation d'un large éventail de nanostructures covalentes ou supramoléculaires.[1-5] Dans ce contexte, au cours de ce stage nous proposons de synthétiser des dérivés de porphyrines contenant des groupements PAHs (hydrocarbures aromatiques polycycliques)[6] pouvant conduire à des porphyrines pi-étendues et/ou des nanostructures mono- et bidimensionnelles.[7,8] Avec ces assemblages, nous visons à exploiter les propriétés optiques et optoélectroniques des porphyrines. Ce projet rassemble plusieurs partenaires possédant des expertises complémentaires en chimie (CEA-Saclay) et en microscopie à effet tunnel (ISMO-Univ. Paris-Sud et IM2NP/CINaM à Marseille). Pour ce projet le/la candidat(e) devra posséder une solide formation en chimie organique. Le projet sera réalisé en collaboration avec des physiciens ; le/la candidat(e) doit également avoir un goût prononcé pour le travail multidisciplinaire.

Références :
1. S. Mohnani and D. Bonifazi, Coord.Chem.Rev., 2010, 254, 2342-2362.
2. N. Aratani and A. Osuka, Bull.Chem.Soc.Jpn, 2015, 88, 1-27.
3. R. Haver and H. L. Anderson, Helv.Chim.Acta, 2019, 102, e1800211.
4. L. Grill, M. Dyer, L. Lafferentz, M. Persson, M. V. Peters and S. Hecht, Nat.Nanotechnol., 2007, 2, 687-691.
5. J. Otsuki, Coord.Chem.Rev., 2010, 254, 2311-2341.
6. Synthesis and Suzuki–Miyaura cross coupling reactions for post-synthetic modification of a tetrabromo-anthracenyl porphyrin
J. Pijeat, Y. J. Dappe, P. Thuéry and S. Campidelli, Org.Biomol.Chem., 2018, 16, 8106-8114.
7. Edge-on self-assembly of tetra-bromoanthracenyl-porphyrin on silver surfaces
N. Kalashnyk, M. Daher Mansour, J. Pijeat, R. Plamont, X. Bouju, T. S. Balaban, S. Campidelli, L. Masson and S. Clair, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 40, 22137–22142.
8. J. Pijeat, L. Chaussy, R. Simoës, J. Isopi, J.-S. Lauret, F. Paolucci, M. Marcaccio and S. Campidelli, ChemOpen, 2021, 10, 997-1003.
The aim of this project is to synthesize new porphyrin-based molecules for the fabrication of one- and two-dimensional nanostructures. Porphyrins are aromatic tetrapyrrolic macrocycles; porphyrin derivatives are essential building blocks of living organisms, notably for oxygen transport, oxidation reactions and photosynthesis. In addition to their importance to life, the optical and electronic properties of porphyrins make them one of the most studied materials for energy conversion, catalysis, optics/optoelectronics and medicine.

On the other hand, because of their structure and the great versatility of their synthesis, meso-substituted porphyrins have enabled the formation of a wide range of covalent or supramolecular nanostructures. [1-5] In this context, we propose to synthesize porphyrin derivatives containing PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons)[6] that can lead to pi-stretched porphyrins and/or one- and two-dimensional nanostructures. 7,8] With these assemblies, we aim to exploit the optical and optoelectronic properties of porphyrins. This project brings together several partners with complementary expertise in chemistry (CEA-Saclay) and scanning tunneling microscopy (ISMO-Univ. Paris-Sud and IM2NP/CINaM in Marseille). For this project, the candidate should have a solid background in organic chemistry. The project will be carried out in collaboration with physicists; the candidate should also have a good feeling for multidisciplinary work.

Références :
1. S. Mohnani and D. Bonifazi, Coord.Chem.Rev., 2010, 254, 2342-2362.
2. N. Aratani and A. Osuka, Bull.Chem.Soc.Jpn, 2015, 88, 1-27.
3. R. Haver and H. L. Anderson, Helv.Chim.Acta, 2019, 102, e1800211.
4. L. Grill, M. Dyer, L. Lafferentz, M. Persson, M. V. Peters and S. Hecht, Nat.Nanotechnol., 2007, 2, 687-691.
5. J. Otsuki, Coord.Chem.Rev., 2010, 254, 2311-2341.
6. Synthesis and Suzuki–Miyaura cross coupling reactions for post-synthetic modification of a tetrabromo-anthracenyl porphyrin
J. Pijeat, Y. J. Dappe, P. Thuéry and S. Campidelli, Org.Biomol.Chem., 2018, 16, 8106-8114.
7. Edge-on self-assembly of tetra-bromoanthracenyl-porphyrin on silver surfaces
N. Kalashnyk, M. Daher Mansour, J. Pijeat, R. Plamont, X. Bouju, T. S. Balaban, S. Campidelli, L. Masson and S. Clair, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 40, 22137–22142.
8. J. Pijeat, L. Chaussy, R. Simoës, J. Isopi, J.-S. Lauret, F. Paolucci, M. Marcaccio and S. Campidelli, ChemOpen, 2021, 10, 997-1003.
Compétences/Skills
Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse.
Organic synthesis, NMR, mass spectrometry.
Nanotubes d'aluminosilicate hybrides comme nanoréacteurs pour la photocatalyse
Hybrid aluminosilicate nanotubes as nanoreactors for photocatalysis

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

22/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Pierre Picot
+33 1 69 08 99 82

Résumé/Summary
Un système hybride composé d'un nanotube encapsulant un système de collecte de la lumière dans sa cavité interne et un centre catalytique métallique sur sa surface externe sera étudié dans le cadre de la photolyse de l'eau.
A hybrid system consisting of a nanotube encapsulating a light-harvesting system in its inner cavity and a metallic catalytic center on its outer surface will be studied in the context of water photolysis.
Sujet détaillé/Full description
Dans le contexte des problématiques liées à l’énergie, de nombreuses recherches s’orientent vers des systèmes catalytiques ayant une faible empreinte environnementale et fonctionnant avec l’énergie solaire.

Nous avons récemment démontré les propriétés de catalyse pilotées par la lumière d’un système composite original basé sur des imogolites hybrides (OH)3Al2O3SiCH3. Ces systèmes sont des nanocristaux tubulaires dont la nanocavité interne hydrophobe est capable d'encapsuler et d'organiser des composés, en particulier des colorants. Ces systèmes permettent également, sous illumination UV, de photodégrader efficacement des molécules encapsulées. L’efficacité de ce processus est multipliée par 90 si des nanoparticules d'or sont greffées à la surface externe des nanotubes.

En s’inspirant de ces résultats, le but de ce stage est, dans un premier temps, de déterminer si l’encapsulation d’un colorant ou d’un mélange de colorants permet un transfert efficace des charges photo-générées vers les nanoparticules métalliques présentes sur la surface externe des nanotubes grâce à des photons du domaine UV/visible/IR. Ceci permettrait à terme de développer des nanoréacteurs activables grâce à des photons disponibles dans le rayonnement solaire pour des réactions catalytiques d’intérêt (réduction de l'eau, du dioxyde de carbone…).

Dans une seconde étape, les études porteront sur le recyclage du ou des colorants afin d'obtenir un système durable comme dans les cellules de Grätzel.

Pour ce stage, nous cherchons un(e) étudiant(e) physico-chimiste ayant des connaissances solides en synthèse de nanomatériaux, en techniques de caractérisation, avec des compétences en rédaction.
Il ou elle sera formé(e) à la synthèse des nanotubes hybrides, à l'encapsulation des colorants et au suivi de la réactivité sous rayonnement.

Un(e) étudiant(e) brillant(e) et motivé(e) pourrait poursuivre en thèse sur ce sujet.
In the context of energy-related issues, a great deal of research is focusing on catalytic systems with a small environmental footprint that work with solar energy.

We recently demonstrated the light-driven catalysis properties of an original composite system based on hybrid imogolites (OH)3Al2O3SiCH3. These systems are tubular nanocrystals whose hydrophobic inner nanocavity is capable of encapsulating and organizing compounds, in particular dyes. Under UV illumination, these systems can also efficiently photodegrade encapsulated molecules. The efficiency of this process is multiplied by 90 if gold nanoparticles are grafted onto the outer surface of the nanotubes.

Inspired by these results, the aim of this internship is first to determine whether encapsulation of a dye or mixture of dyes enables efficient transfer of photo-generated charges to metal nanoparticles present on the outer surface of nanotubes using photons in the UV/visible/IR range. This would ultimately enable the development of nanoreactors that can be activated by photons available in solar radiation, for catalytic reactions of interest (reduction of water, carbon dioxide, etc.).
In a second stage, studies will focus on recycling the dye(s) to obtain a sustainable system as in Grätzel cells.

For this internship, we're looking for a physical chemistry student with a sound knowledge of nanomaterial synthesis and characterization techniques, and good writing skills.

He or she will be trained in hybrid nanotube synthesis, dye encapsulation and radiation reactivity monitoring.
A bright, motivated student could pursue a phD on this subject.
Mots clés/Keywords
Nanosciences, énergie solaire (photocatalyse), nanoréacteur
Nanoscience, solar fuels, nanoreactor
Compétences/Skills
Synthèse inorganique, Diffusion des rayons X aux petits angles, spectroscopie UVvis et IR, MET (cryo), mesure de gaz (µGC, ESI-MS),
Inorganic synthesis, SAXS, cryo-TEM, IR and UVvis spectroscopy, gas measurements (µGC, ESI-MS)
Obtention de nanoparticules hybrides à base de vésicules extracellulaires en microfluidique pour la thérapie des maladies cardiaques
Obtaining hybrid nanoparticles based on extracellular vesicles in microfluidics for heart disease therapy

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

03/04/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GOBEAUX Frederic
+33 1 69 08 24 74

Résumé/Summary
L’objectif de ce projet de Master 2 est de développer une approche microfluidique pour modifier en surface des vésicules extracellulaires, afin de les rendre stables et non immunogènes lors de leur administration in vivo.
The aim of this Master 2 project is to develop a microfluidic approach to surface modification of extracellular vesicles, to make them stable and non-immunogenic when administered in vivo.
Sujet détaillé/Full description
Après une ischémie cardiaque, le myocarde endommagé peut entrainer une insuffisance cardiaque. Depuis quelques années, il a été démontré dans des modèles précliniques(1), le rôle protecteur des vésicules extracellulaires (VEs) dans les maladies ischémiques cardiaques. Les VEs, produites de manière naturelle par toutes les cellules, sont des particules de très petite taille (∼40-160nm) formées d’une membrane plasmique et contenant des acides nucléiques et protéines(2). Mais des limitations à leur application en thérapie cardiaque existent, celles-ci étant liées d’une part aux quantités limitées de VEs dues aux rendements d’isolement insuffisants et, d’autre part, à la lourdeur des méthodes de production et d’isolement conventionnelles de VEs (à l’échelle micrométrique) telle que l’ultracentrifugation. La microfluidique a démontré son intérêt pour synthétiser de nanoparticules (NPs) monodisperses par nanoprécipitation(3), mais aussi pour fabriquer des nanovecteurs de médicaments plus complexes telles que des NPs Janus(4,5). Cette stratégie sera adaptée à notre projet
pour réaliser, par un contrôle fin de l’épaisseur, la densité, l'homogénéité et la reproductibilité du procédé, un revêtement de surface des VEs leur conférant des propriétés intéressantes pour une application thérapeutique.

L’objectif de ce projet de Master 2 est de développer une approche microfluidique pour modifier en surface des EVs, afin de les rendre stables et non immunogènes lors de leur administration in vivo.
Pour ceci l’étudiant(e)aura comme misions de :
- Obtenir les VEs à partir de cellules en culture, les purifier (à l’aide de kits dédiés) et les caractériser (par Dynamic Light Scattering, Nanoparticle Tracking Analysis, CryoTEM, …).
- Optimiser les paramètres d’utilisation de puces microfluidiques et/ou de mélangeurs millifluidiques afin d’obtenir des VEs enrobées dans une couche soit de polymères, soit de lipides éventuellement modifiés (déjà synthétisés).
- Caractériser de manière approfondie les VEs post-enrobage (taille, expression des protéines du cargo, stabilité etc.) par des méthodes déjà disponibles à l’IGPS.

Contexte du stage : Le stage bénéficie d’un financement de l’objet interdisciplinaire HEALTHI de l’Université Paris Saclay. Les travaux se dérouleront sur deux sites : à l’Institut Galien Paris Saclay (IGPS), UMR CNRS 8612, dans le bâtiment de recherche Henri Moissan (17 avenue des Sciences, 91 400 Orsay) pour les travaux sur la production d’VEs et leurs caractérisations ainsi que sur le site du CEA- Saclay (LIONS – NIMBE UMR 3685 CEA/CNRS) pour les travaux en microfluidique. L’étudiant(e) bénéficiera de l’accès à des appareils de pointe situés sur les deux sites, mais aussi à des équipements des plateformes de l’IPSIT (Ingénierie et Plateformes au Service de l’Innovation Thérapeutique).
Des réunions hebdomadaires seront organisées afin d’évaluer l’avancement des travaux. De plus, des présentations orales devant les équipes auront lieu au cours et à la fin du stage.

Contacts : Adresser CV, lettre de motivation à :
Prof. Myriam Taverna : myriam.taverna@universite-paris-saclay.fr et Dr. Frederic Gobeaux :
Frederic.GOBEAUX@cea.fr

Références
(1) Khan K. et al., Extracellular Vesicles as a Cell-free Therapy for Cardiac Repair: a Systematic Review and
Meta-analysis of Randomized Controlled Preclinical Trials in Animal Myocardial Infarction Models. Stem
Cell Reviews and Reports, 2022, 18(3):1143-1167, doi: 10.1007/s12015-021-10289-6
(2) Gandham S. et al. Technologies and Standardization in Research on Extracellular Vesicles, Trends in
Biotechnology, 2020, Volume 38, Issue 10, Pages 1066-1098, doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.05.012
(3) Megan Havers, Axel Broman, Andreas Lenshof, Thomas Laurell - Advancement and obstacles in
microfuidics‑based isolation of extracellular vesicles, Analytical and Bioanalytical Chemistry (2023)
415, 1265-1285 - https://doi.org/10.1007/s00216-022-04362-3.
(4) Saqib M, et al., Microfluidic Methods in Janus Particle Synthesis, Int J Nanomedicine. 2022; 17:
4355–4366. doi: 10.2147/IJN.S371579.
(5) Zhang L. et al. Microfluidic Methods for Fabrication and Engineering of Nanoparticle Drug Delivery
Systems, ACS Appl. Bio Mater. 2020, 3, 1, 107–120 doi :10.1021/acsabm.9b00853.
After cardiac ischemia, damaged myocardium can lead to heart failure. In recent years, the protective role of extracellular vesicles (EVs) in cardiac ischemia has been demonstrated in preclinical models(1). EVs, produced naturally by all cells, are very small particles (∼40-160nm) formed from a plasma membrane and containing nucleic acids and proteins(2). But limitations to their application in cardiac therapy exist, these being linked on the one hand to the limited quantities of EVs due to insufficient isolation yields and, on the other hand, to the cumbersome nature of conventional (micrometer-scale) EV production and isolation methods such as ultracentrifugation. Microfluidics has proven its worth for synthesizing monodisperse nanoparticles (NPs) by nanoprecipitation(3), but also for manufacturing more complex drug nanovectors such as Janus NPs(4,5). This strategy will be adapted to our project to achieve, through fine control of thickness, density, homogeneity and reproducibility of the process, a surface coating of EVs giving them properties of interest for therapeutic application.

The aim of this Master 2 project is to develop a microfluidic approach to surface modification of EVs, to make them stable and non-immunogenic when administered in vivo.
To achieve this, the student will have to :
- Obtain EVs from cultured cells, purify them (using dedicated kits) and characterize them (by Dynamic Light Scattering, Nanoparticle Tracking Analysis, CryoTEM, etc.).
- Optimize the parameters for using microfluidic chips and/or millifluidic mixers to obtain EVs embedded in a layer of either polymers or possibly modified lipids (already synthesized).
- In-depth characterization of post-coating EVs (size, cargo protein expression, stability, etc.) using methods already available at IGPS.

Internship context: The internship is funded by the HEALTHI interdisciplinary project at Université Paris Saclay. Work will take place at two sites: at the Institut Galien Paris Saclay (IGPS), UMR CNRS 8612, in the Henri Moissan research building (17 avenue des Sciences, 91 400 Orsay) for work on EVs production and characterization, and at the CEA- Saclay site (LIONS - NIMBE UMR 3685 CEA/CNRS) for work on microfluidics. Students will have access to state-of-the-art equipment at both sites, as well as to equipment on IPSIT (Ingénierie et Plateformes au Service de l'Innovation Thérapeutique) platforms.
Weekly meetings will be held to assess progress. In addition, oral presentations to the teams will take place during and at the end of the internship.

Contacts : Please send CV and covering letter to :
Prof. Myriam Taverna : myriam.taverna@universite-paris-saclay.fr and Dr. Frederic Gobeaux :
Frederic.GOBEAUX@cea.fr

References
1) Khan K. et al., Extracellular Vesicles as a Cell-free Therapy for Cardiac Repair: a Systematic Review and
Meta-analysis of Randomized Controlled Preclinical Trials in Animal Myocardial Infarction Models. Stem
Cell Reviews and Reports, 2022, 18(3):1143-1167, doi: 10.1007/s12015-021-10289-6
(2) Gandham S. et al. Technologies and Standardization in Research on Extracellular Vesicles, Trends in
Biotechnology, 2020, Volume 38, Issue 10, Pages 1066-1098, doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.05.012
(3) Megan Havers, Axel Broman, Andreas Lenshof, Thomas Laurell - Advancement and obstacles in
microfuidics‑based isolation of extracellular vesicles, Analytical and Bioanalytical Chemistry (2023)
415, 1265-1285 - https://doi.org/10.1007/s00216-022-04362-3.
(4) Saqib M, et al., Microfluidic Methods in Janus Particle Synthesis, Int J Nanomedicine. 2022; 17:
4355–4366. doi: 10.2147/IJN.S371579.
(5) Zhang L. et al. Microfluidic Methods for Fabrication and Engineering of Nanoparticle Drug Delivery
Systems, ACS Appl. Bio Mater. 2020, 3, 1, 107–120 doi :10.1021/acsabm.9b00853.
Mots clés/Keywords
Pharmacie ; microfluidique ;
Pharmaceutics ; microfluidics ;
Compétences/Skills
- mélangeurs microfluidiques et millifluidiques - caractérisation des VEs : Diffusion Dynamique de la Lumière (DLS), Nanoparticle Tracking Analysis, CryoTEM...
- microfluidics & millifluidic mixers - EV and coated EV characterization: Dynamic Light Scattering, Nanoparticle Tracking Analysis, CryoTEM, etc.
Synthèse et Etudes de Matériaux Graphéniques
Synthesis and Study of Graphenic Materials

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

22/03/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34

Résumé/Summary
Le terme graphène regroupe toute une famille de matériau. Dans ce stage, nous proposons de construire par des méthodes synthèses organiques des nanoparticules de graphène pour l'étude de leurs propriétés optiques et qui peuvent servir de brique de base pour la réalisation de matériaux graphéniques.
The term graphene covers a whole family of materials. In this internship, we propose to build by organic synthesis methods graphene nanoparticles for the study of their optical properties and which can serve as a basic brick for the realization of graphene materials.
Sujet détaillé/Full description
Le graphène est un matériau bidimensionnel issu, à l'origine, du graphite. Une des limites majeures à l'utilisation du graphène notamment en optique et en électronique est l'absence de bande interdite (gap ou bandgap) ; en effet le graphène est un semi-métal. Un des moyens pour ouvrir un "gap" dans le graphène consiste à réduire une ou ses deux dimensions jusqu'aux échelles nanométriques ; on forme ainsi des nanorubans ou des nanoparticules de graphène. Une autre méthode consiste à former un réseau régulier de trous dans le graphène, ces matériaux sont appelés "Nanomesh de graphène". Depuis une dizaine d'année, plusieurs groupes se sont intéressés à la réalisation et à l'étude de ces structures en utilisant l'approche "top-down", c'est-à-dire par la formation de nanostructures à partir du matériau macroscopique par des processus d'oxydation chimique, des attaques plasma, etc...[1-3] L'inconvénient de la méthode "top-down" est qu'elle ne permet pas de contrôler précisément la structure du matériau final. De plus il a été démontré que les propriétés optiques et électroniques sont largement influencées par les effets bords et leur état d'oxydation. Par opposition, la synthèse de matériaux graphéniques par synthèse chimique (approche "bottom-up") permet de contrôler les structures à l'atome près. [4,5]

Ce projet s'inscrit dans ce contexte et le but est donc de synthétiser des matériaux graphéniques (nanoparticules de graphène, nanomesh de graphène) par l'approche "bottom-up", c'est-à-dire via des réactions de chimie organique (couplage au palladium, Diels-Alder, réaction de Scholl, etc…) Dans le cadre d'une collaboration avec l'ENS Paris-Saclay (laboratoire LUMIN), nous avons synthétisé plusieurs nanoparticules au LICSEN et leurs propriétés d'ensembles et sur molécules individuelles ont été étudiées au LUMIN. Nous avons montré que ces particules possèdent à la fois les propriétés intéressantes des molécules (petite taille, grande section efficace d'absorption, possibilité d'accorder leurs propriétés grâce à la chimie organique) et celles d'émetteurs solides comme les centres colorés du diamant (haute brillance et bonne photostabilité).[6-8]

Lors de ce stage de nouvelles familles de nanoparticules de graphène seront synthétisées et nous nous intéresserons également à la synthèse de précurseurs de nanomesh de graphène. Ce stage est principalement un stage de chimie moléculaire, les techniques classiques de chimie seront utilisées (chimie en sorbonne, travail sous atmosphère inerte, rampe vide/argon, etc). Les techniques classiques de caractérisation : spectroscopie RMN, abs. UV-Vis-NIR, photoluminescence ainsi que la spectrométrie de masse (MALDI-TOF) seront utilisées.

Pour ce projet le/la candidat(e) devra posséder une solide formation en chimie organique. Le projet sera réalisé en collaboration avec des physiciens ; le/la candidat(e) doit également avoir un goût prononcé pour le travail multidisciplinaire. Ce travail pourra donner lieu à une poursuite d'étude en thèse.

Références :
[1] D. V. Kosynkin, A. L. Higginbotham, A. Sinitskii, J. R. Lomeda, A. Dimiev, B. K. Price, J. M. Tour, Nature 2009, 458, 872-877.
[2] L. Jiao, L. Zhang, X. Wang, G. Diankov, H. Dai, Nature 2009, 458, 877-880.
[3] L. Li, G. Wu, G. Yang, J. Peng, J. Zhao, J.-J. Zhu, Nanoscale 2015, 5, 4015-4039.
[4] A. Narita, X. Y. Wang, X. Feng, K. Müllen, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6616-6643.
[5] J. Pijeat, J.-S. Lauret, S. Campidelli. "Bottom-up approach for the synthesis of graphene nanoribbons", (Eds.: L. Brey, P. Seneor, and A. Tejeda), Graphene Nanoribbons, IOP Publishing Ltd, 2020, p. 2.1-2.25.
[6] S. Zhao, J. Lavie, L. Rondin, L. Orcin-Chaix, C. Diederichs, P. Roussignol, Y. Chassagneux, C. Voisin, K. Müllen, A. Narita, S. Campidelli, J.-S. Lauret, Nat. Commun. 2018, 9, 3470
[7] T. Liu, C. Tonnelé, S. Zhao, L. Rondin, C. Elias, D. Medina-Lopez, H. Okuno, A. Narita, Y. Chassagneux, C. Voisin, S. Campidelli, D. Beljonne and J.-S. Lauret, Nanoscale, 2022, 14, 3826-3833.
[8] D. Medina-Lopez, T. Liu, S. Osella, H. Levy-Falk, N. Rolland, C. Elias, G. Huber, P. Ticku, L. Rondin, B. Jousselme, D. Beljonne, J.-S. Lauret and S. Campidelli, Nat. Commun., 2023, 14:4728.
Graphene is a two-dimensional material originally derived from graphite. One of the major limitations to the use of graphene, particularly in optics and electronics, is the absence of a bandgap; graphene is in fact a semi-metal. One way to open a "gap" in graphene is to reduce one or both of its dimensions to nanometric scales, thus forming graphene nanoribbons or nanoparticles. Another method is to form a regular network of holes in graphene, known as "graphene nanomesh". Over the last ten years or so, several groups have been interested in building and studying these structures using the "top-down" approach, i.e. by forming nanostructures from the macroscopic material via chemical oxidation processes, plasma etching, etc.[1-3] The drawback of the "top-down" method is that it does not allow precise control of the structure of the final material. Moreover, it has been shown that optical and electronic properties are largely influenced by edge effects and oxidation states. In contrast, the synthesis of graphene materials by chemical synthesis ("bottom-up" approach) enables the structures to be controlled down to the atom. [4,5]

The aim of this project is to synthesize graphene materials (graphene nanoparticles, graphene nanomesh) using the bottom-up approach, i.e. via organic chemistry reactions (palladium coupling, Diels-Alder, Scholl reaction, etc.). As part of a collaboration with ENS Paris-Saclay (LUMIN laboratory), several nanoparticles has been synthesized at LICSEN, and their ensemble and single-molecule properties studied at LUMIN. These particles are shown to exhibit both the interesting properties of molecules : small size, large effective absorption cross-section, possibility of tuning their properties through organic chemistry, and those of solid emitters like the colored centers of diamond : high brilliance and good photostability [6-8].

During this internship, new families of graphene nanoparticles will be synthesized, and we'll also be looking at the synthesis of graphene nanomesh precursors. This is primarily a molecular chemistry internship, and we will be using conventional chemistry techniques (fume cupboard chemistry, inert atmosphere work, vacuum/argon ramp, etc.). Classical characterization techniques: NMR spectroscopy, abs. UV-Vis-NIR, photoluminescence and mass spectrometry (MALDI-TOF).

For this project, the candidate should have a solid background in organic chemistry. The project will be carried out in collaboration with physicists; the candidate should also have a good feeling for multidisciplinary work. This work may be continued in a PhD thesis.

References :
[1] D. V. Kosynkin, A. L. Higginbotham, A. Sinitskii, J. R. Lomeda, A. Dimiev, B. K. Price, J. M. Tour, Nature 2009, 458, 872-877.
[2] L. Jiao, L. Zhang, X. Wang, G. Diankov, H. Dai, Nature 2009, 458, 877-880.
[3] L. Li, G. Wu, G. Yang, J. Peng, J. Zhao, J.-J. Zhu, Nanoscale 2015, 5, 4015-4039.
[4] A. Narita, X. Y. Wang, X. Feng, K. Müllen, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6616-6643.
[5] J. Pijeat, J.-S. Lauret, S. Campidelli. "Bottom-up approach for the synthesis of graphene nanoribbons", (Eds.: L. Brey, P. Seneor, and A. Tejeda), Graphene Nanoribbons, IOP Publishing Ltd, 2020, p. 2.1-2.25.
[6] S. Zhao, J. Lavie, L. Rondin, L. Orcin-Chaix, C. Diederichs, P. Roussignol, Y. Chassagneux, C. Voisin, K. Müllen, A. Narita, S. Campidelli, J.-S. Lauret, Nat. Commun. 2018, 9, 3470
[7] T. Liu, C. Tonnelé, S. Zhao, L. Rondin, C. Elias, D. Medina-Lopez, H. Okuno, A. Narita, Y. Chassagneux, C. Voisin, S. Campidelli, D. Beljonne and J.-S. Lauret, Nanoscale, 2022, 14, 3826-3833.
[8] D. Medina-Lopez, T. Liu, S. Osella, H. Levy-Falk, N. Rolland, C. Elias, G. Huber, P. Ticku, L. Rondin, B. Jousselme, D. Beljonne, J.-S. Lauret and S. Campidelli, Nat. Commun., 2023, 14:4728.
Compétences/Skills
Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse, spectroscopie d'absorption et de photoluminescence
Organic synthesis, NMR, Mass spectrometry, absorption and photoluminescence spectroscopy
Synthèse par CVD de nanoparticules de diamant à façon
CVD synthesis of tailored nanodiamonds

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/04/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GIRARD Hugues
+33 1 69 08 47 60

Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
Les nanoparticules de diamant possèdent des propriétés chimiques, électroniques, thermiques et optiques exceptionnelles. Ces nanoparticules sont activement étudiées pour la nanomédecine, les applications énergétiques, les technologies quantiques et les lubrifiants et composites avancés [1-3]. Pour la plupart de ces applications, la qualité cristalline du noyau de diamant est essentielle et les particules les plus étudiées sont broyées à partir de diamant en vrac. Néanmoins, ces particules présentent une grande dispersion de taille, des anisotropies de forme et des concentrations variables d'impuretés chimiques. Ces aspects affectent fortement leurs propriétés. Il est donc nécessaire de développer une méthode de synthèse pour produire des nanodiamants hautement cristallins avec un contrôle précis de leur taille, de leur morphologie et des impuretés chimiques.

Ce stage de M2 vise à développer une synthèse "bottom-up" basée sur des supports sacrificiels (billes ou fibres de silice) sur lesquels des graines de diamant nanométriques seront attachées via des interactions électrostatiques. La croissance du diamant sera réalisée par l'exposition des gabarits ensemencés à un plasma CVD assisté par micro-ondes (MPCVD). Ce dispositif de croissance est déjà utilisé au CEA NIMBE pour la synthèse de coques de diamant [4]. Les paramètres de croissance seront ajustés pour sélectionner la taille, la forme et la concentration des impuretés chimiques (azote, bore) dans les nanodiamants. Après la croissance CVD, les nanoparticules seront collectées par dissolution des supports. Leur structure cristalline, leur morphologie et leur chimie de surface seront caractérisées au CEA NIMBE par microscopie électronique à balayage (MEB), diffraction des rayons X (DRX) et spectroscopies Raman, infrarouge (FTIR) et photoélectrons (XPS). Une collaboration externe permettra d'étudier la qualité cristalline du diamant et d'identifier les défauts structurels dans les nanodiamants cultivés par CVD par microscopie électronique à transmission à haute résolution (HR-TEM).

Plusieurs types de nanodiamants seront cultivés : d'abord des particules intrinsèques (sans dopage intentionnel), puis des particules dopées au bore. Les deux types de particules seront ensuite modifiés en surface pour obtenir une stabilité colloïdale dans l'eau.

Références :
[1] N. Nunn, M. Torelli, G. McGuire, O. Shenderova, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 21 (2017) 1-9. [2] Y. Wu, F. Jelezko, M. Plenio,T. Weil, Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 6586–6598.
[3] H. Wang, Y. Cui, Energy Applications 1 (2019) 13-18.
[4] A. Venerosy et al., Diam. Relat. Mater. 89 (2018) 122-131.
Diamond nanoparticles behave outstanding chemical, electronic, thermal and optical properties. Such nanoparticles are actively investigated for nanomedecine, energy applications, quantum technologies and advanced lubricants and composites [1-3]. For the major part of these applications, the crystalline quality of the diamond core is essential and the most studied particles are milled from bulk diamond. Nevertheless, these particles exhibit a wide size dispersion, shape anisotropies and variable concentrations of chemical impurities. These aspects strongly affect their properties. It is thus required to develop a synthesis method to grow highly crystalline nanodiamonds with an accurate control of their size, morphology and chemical impurities.

This M2 intership aims to develop a bottom-up synthesis based on sacrificial templates (silica beads or fibers) on which nanometric diamond seeds will be attached via electrostatic interactions. Diamond growth will be achieved by an exposure of the seeded templates to a micro-wave assisted CVD plasma (MPCVD). The growth set-up is already in use at CEA NIMBE for diamond core-shells synthesis [4]. Growth parameters will be adjusted to select the size, the shape and the concentration of chemical impurities (nitrogen, boron) in nanodiamonds. After CVD growth, nanoparticles will be collected by dissolution of the templates. Their crystalline structure, morphology and surface chemistry will be characterized at CEA NIMBE by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Raman, infra-red (FTIR) and photoelectrons (XPS) spectroscopies. An external collaboration will allow an investigation of the diamond crystalline quality and the identification of structural defects in CVD grown nanodiamonds by high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM).

Several kinds of nanodiamonds will be grown : first, intrinsic particles (without intentional doping), then boron doped particles. Both types of particles will be then surface modified to get a colloidal stability in water.

References:
[1] N. Nunn, M. Torelli, G. McGuire, O. Shenderova, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 21 (2017) 1-9. [2] Y. Wu, F. Jelezko, M. Plenio,T. Weil, Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 6586–6598.
[3] H. Wang, Y. Cui, Energy Applications 1 (2019) 13-18.
[4] A. Venerosy et al., Diam. Relat. Mater. 89 (2018) 122-131.
Mots clés/Keywords
Nanomatériaux, synthèse CVD
Nanomaterials, CVD synthesis
Compétences/Skills
MPCVD, MEB, TEM, DRX, Raman, FTIR, DLS, XPS
MPCVD, MEB, TEM, DRX, Raman, FTIR, DLS, XPS
UPNYL : Des déchets polyamides à de nouveaux matérieux innovants
UPNYL : From polyamide waste to new innovative materials

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

29/02/2024

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

Kobylarski Marie
06 58 51 07 47

Résumé/Summary
Stage R&D sur une voie chimique innovante de valorisation de déchets polyamides
R&D Internship on an innovative chemical route for recycling polyamide waste
Sujet détaillé/Full description
Les matériaux polyamides, notamment le nylon 6 et le nylon 6/6, sont très utilisés dans le domaine des fibres ou des plastiques d’ingénierie pour divers secteurs d’applications (textile, automobile, construction, etc.). Malgré le développement de voies de réemploi pour prolonger la durée de vie des produits, l’utilisation intensive de ces polyamides (8,9 millions de tonnes produits dans le monde en 2022) conduit inévitablement à une accumulation de déchets. Actuellement, ces derniers sont essentiellement stockés (31% mis en décharge ou enfouis) ou incinérés (44%). Le stockage, comme l’incinération, ne sont pas des solutions pérennes sur le long terme. Ils entraînent un gaspillage des matières, une perte économique et causent de nombreuses pollutions. Le développement de procédés mécanique et/ou chimique de recyclage, plus respectueux de l’environnement, est absolument nécessaire.

Contrairement aux rares recyclages actuels de ces plastiques, le procédé catalytique UPNYL innovant mis au point au laboratoire transforme chimiquement les polyamides en nouveaux matériaux à haute valeur ajoutée. Cette méthode donne accès à des composés innovants tout en s’attaquant au problème de gestion des déchets polyamides.

Le projet de master visera à optimiser le procédé UPNYL de surcyclage chimique et valider sa robustesse par une preuve de concept sur divers échantillons de déchets polyamides « réels ». Les résultats obtenus sont clefs pour monter en échelle cette technologie du laboratoire et avoir une vision précise du positionnement de la future start-up.
Polyamides, in particular nylon 6 and nylon 6/6, are widely used as fibers or engineering plastics in various application sectors (textile, automotive, construction, etc.). Despite the development of reuse methods to extend the lifespan of products, the intensive use of these polyamides (8.9 million tons produced worldwide in 2022) inevitably leads to an accumulation of waste. At present, most of this waste is either landfilled (31%) or incinerated (44%). Both landfill and incineration are not long-term sustainable solutions, leading to a waste of materials, an economic loss and numerous pollutants. The development of more environmentally-friendly mechanical and/or chemical recycling processes is absolutely essential.

Unlike the few current recycling processes for these plastics, the innovative UPNYL catalytic process developed in the laboratory chemically transforms polyamides into new high value-added materials. This method opens access to innovative compounds while tackling the polyamide waste management issue.

The Master's project aims at optimizing the UPNYL chemical upcycling process and validating its robustness on various samples of "real" polyamide waste. The results obtained are key to scaling up this laboratory technology and having a precise vision of the positioning of the future start-up.
Mots clés/Keywords
Catalyse homogène, synthèse organique et organométallique, valorisation de déchets
Homogeneous catalysis, organic and organometallic synthesis, waste valorization
Compétences/Skills
Au cours de ce stage, vous développerez notamment vos compétences en catalyse homogène, en synthèse organique et organométallique, en travaillant sous atmosphère inerte (lignes de vide-argon, boîtes à gants), ainsi qu'en analyse de composés chimiques (RMN, GC-MS, IR, Rayons-X).
During this internship, you will develop your skills in homogeneous catalysis, organic and organometallic synthesis, working in inert atmosphere (argon vacuum lines, gloveboxes), as well as in analyzing chemical compounds (NMR, GC-MS, IR, X-rays).
Images
Spectroscopies électroniques
Active surfaces for waste treatment
Active surfaces for waste treatment
Archaeological experiment on medieval minting process
Corrosion of iron archaeological artefacts in soil: characterisation of the corrosion system.
Greffage localisé
Greffage localisé
Electrogreffage localisé sur silicium
Electrogreffage localisé sur silicium
Grafting of organic polymer films on surfaces from aqueous solutions
Grafting of organic polymer films on surfaces from aqueous solutions
Evidence of the metal-carbon covalent link between electrode and organic electrografted films
Conducting organic electrografted films for dry lubrication
Conducting organic electrografted films for dry lubrication
Localized electrografting
Localized electrografting
Les formiates de silicium : de nouveaux mimes pour améliorer l’efficacité énergétique des hydrures de silicium
Brevet  : Procédé et appareil de positionnement d\'un micro- ou nano-objet sous contrôle visuel
Brevet : Procédé d\'hydrodésulfurisation sélective en prodondeur d\'une charge d\'hydrocarbures à l\'aide d\'un nanocatalyseur non supporté obtenu par pyrolyse au laser
Des polymères très accrocheurs : l’\'envolée de Pegas
Distribution des ions à la surface de solutions salines et interactions à courte portée
Distribution des ions à la surface de solutions salines et interactions à courte portée
Magnetic resonance in rotating magnetic fields
Magnetic resonance in rotating magnetic fields
Organic electrografting: mechanism and applications
Une micro-sonde RMN métabolique in vivo
Une micro-sonde RMN métabolique in vivo
Une micro-sonde RMN métabolique in vivo
Laboratoire archéomatériaux et prévision de l\'altération (LAPA)
Irradiation cellulaire en mode ion par ion
Des surfaces auto-adhésives pour la nanoélectronique (graphène), la chimie ou la biologie
Des surfaces auto-adhésives pour la nanoélectronique (graphène), la chimie ou la biologie
Des surfaces auto-adhésives pour la nanoélectronique (graphène), la chimie ou la biologie
Complexes cyanure des éléments f
Complexes cyanure des éléments f
Synthesis and reactivity of U(IV) and U(V) bis(metallacycle) complexes
Synthesis and reactivity of U(IV) and U(V) bis(metallacycle) complexes
Nucleation growth and ordering of gold nanoparticles
Nucleation growth and ordering of gold nanoparticles
Nucleation growth and ordering of gold nanoparticles
Nucleation growth and ordering of gold nanoparticles
Des surfaces \'prêtes à coller\' ou auto-adhésives
Des surfaces \'prêtes à coller\' ou auto-adhésives
Brevet : Détecteurs nanoporeux de composés aromatiques monocycliques et autres polluants
LSDRM developments at the Physics-Chemistry-Biology interface
Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)
Nouveau procédé d\'élaboration à grande échelle de films d\'oxyde de graphène réduit
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Recycler le CO2
Recycler le CO2
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Mineral-Organic Nanostructures Organized in POLYmersomes (MONOPOLY)
Effets spécifiques ioniques
Effets spécifiques ioniques
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Microfluidique
Recycler des déchets chimiques, en substitut de la pétrochimie
Graphène imprimable : nouveau matériau pour l\'électronique flexible et rapide
Graphène imprimable : nouveau matériau pour l\'électronique flexible et rapide
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Surfaces actives pour la dépollution
Surfaces actives pour la dépollution
Advanced Electrochemical Microscopy (SECM)
Brevet : Détecteur multifonctionnel de composés gazeux et ses applications
Brevet : Dispositif de synthèse d\'un matériau composite nanostructure et procédé associé.
Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM)
Brevet : Capteurs chimiques a base de nanotubes de carbone, procédé de préparation et utilisations
Nucleophilic carbene complexes of Uranium(IV) and (VI)
Nucleophilic carbene complexes of Uranium(IV) and (VI)
New developments in the sandwich complexes of the f-elements
New developments in the sandwich complexes of the f-elements
New developments in the sandwich complexes of the f-elements
\
\
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De nouvelles briques moléculaires hybrides \
De nouvelles briques moléculaires hybrides \
X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)
Apport de la microfluidique pour accélérer les études d’accumulation de mutations modèles
UMR 3685 NIMBE : Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l\'Énergie
Brevet : Procédé de préparation d\'amines méthylées
Brevet : Procédé de préparation de composés azotés
Un traitement de surface alternatif aux procédés au chrome hexavalent (Cr VI)
Nouvelle instrumentation RMN pour l’analyse de mouvements moléculaires lents à haute résolution.
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Amyloid-like reversible self-assembly of peptide systems.
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Synthèse de nanoparticules dans l\'eau : un mode de croissance original et générique
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Réduction du graphène oxydé par microscopie électrochimique : une méthode générique de fonctionnalisation de surface
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Il faudra bien se passer du platine ! Catalyse de la réduction de l\'oxygène
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Xe polarisé en cage : une sonde RMN sensible et sélective de son environnement
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L’acide formique, un relai efficace pour la production du méthanol à partir du CO2
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Brevet : Dispositif pour la synthese de nanoparticules de type coeur-coquille par pyrolyse laser et procede associe.
Brevet: : Procédé de dosage d\'un élément présent en tout ou partie sous la forme de particules en suspension dans un liquide
Brevet : Procédé de synthèse d\'un materiau composite nanostructure et dispositif de mise en oeuvre associé..
Brevet  : Procédé  et dispositif de correction de champ magnetique pour une machine de RMN
La biodistribution des nanotubes de carbone dans l’organisme
Nanoparticules d\'or pour la plasmonique et la nanomédecine
Spectroscopie de photoélectrons X sur des nanoparticules libres
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ANR IRANGKOR
Brevet : Procédé de fabrication de nanotubes d\'imogolite à base de germanium
Le fer, allié de la pierre dès la conception des cathédrales gothiques
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Comment le verre se défend des agressions de l’eau
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Étude accélérée du vieillissement des batteries lithium-ion par chimie sous rayonnement
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Nanoparticules : une méthode pour étudier les faibles doses
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Brevet : Procédé de détermination de la résistance cellulaire aux médicaments
Brevet  Nouveaux métallopolymeres et leur utilisation
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Une nouvelle stratégie pour récupérer des composés aromatiques à partir de déchets de bois
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Etude par microsonde nucléaire d\'électrodes de composition ternaire pour accumulateur Li-ion
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Datation au carbone 14 d\'un temple d\'Angkor
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Nouveaux outils contre le cancer
Chimie sous rayonnement - Radiolyse
Un cristal liquide aux propriétés originales : la phase colonnaire des suspensions d\'imogolite
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Brevet : Procédé de fonctionnalisation de surface
Noble gas spin-exchange optical pumping (SEOP) setup in a van
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Le terbium pour une méthode optique de diagnostic de la tuberculose
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Brevet : Procédé de photo-immobilisation de biomolécules sur un support non fonctionnalisé
Brevet : Procédé de préparation de composés aromatiques à partir de la lignine
Brevet : Matériau implantable greffé d\'un film cellulaire antiprolifératif et/ou antibactérien synthétisé à partir d\'une molécule bi fonctionnelle
Corrosion long terme  : dégradation du verre nucléaire en présence de produits de corrosion archéologiques
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Laboratoire d’Etude des Traitements et Revêtements Innovants pour le Patrimoine
Electrolytes at interfaces
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Projet FISC : Fractionnement Isotopique du Soufre pour la Corrosion
La vie des électrons et le vieillissement de batteries
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Biofortification : découverte de gènes impliqués dans l’accumulation du zinc dans les graines
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Hyperpolarized species for NMR/MRI : parahydrogen
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Matériaux innovants pour diodes PhOLED bleues et vertes
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Des memristors organiques pour les réseaux de neurones
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Il n’y a pas \
Il n’y a pas \
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Electrochimie
Brevet :  Procédé de greffage de film mince polymérique sur substrat et procédé de métallisation de ce film mince
Brevet : Procédé de génération d\'un jet de nanoparticules
Brevet : Accumulateur au lithium comprenant un matériau d\'électrode positive a base d\'un matériau carbone spécifique fonctionnalise par des composés organiques spécifiques
Brevet:  Procédé de synthèse de nanocomposites a base de TiO2 et de nanostructures carbonées
Brevet :  Solide poreux ayant une surface externe greffée avec un polymère
Brevet : Matrice nanoporeuse et son utilisation / Nanoporous matrix and use thereof
Bistabilité magnétique de molécules individuelles sur surface ferrimagnétique
Brevet :  Matériau de détection de composés du phénol et ses applications
Brevet ; Matériaux moléculaires émissifs photoréticulables
Brevet :  Procédé de dépolymérisation de matériaux polymères oxygénés.
Brevet : Dispositif de caractérisation de particules dans un jet de particules sous vide
Spectroscopie RMN de bruit de spin : un modèle analytique complet pour une sensibilité inégalée
Amélioration des performances de batteries Li-ion par irradiation des électrodes
Amélioration des performances de batteries Li-ion par irradiation des électrodes
Amélioration des performances de batteries Li-ion par irradiation des électrodes
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NMR : Novel zwitterionic reverse micelles for encapsulation of proteins in low-viscosity media
NMR : Novel zwitterionic reverse micelles for encapsulation of proteins in low-viscosity media
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WideNMR
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Projet ANR Max4us: Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Spectrométrie de photoélectrons X  (XPS)
Spectrométrie de photoélectrons X  (XPS)
Computational NMR
NMR: Relaxation studies in the presence of off-resonance rf irradiation
NMR: Relaxation studies in the presence of off-resonance rf irradiation
Hyperpolarized species for NMR/MRI : Laser-polarized xenon
Hyperpolarized species for NMR/MRI : Laser-polarized xenon
Hyperpolarized species for NMR/MRI : Laser-polarized xenon
Brevet : Nouveaux complexes pour la séparation de cations
Brevet: Nanofibres gonflables et insolubles et leur utilisation dans le traitement des effluents essentiellement aqueux
Electronic structure theory to decipher the chemical bonding in actinide systems
Electronic structure theory to decipher the chemical bonding in actinide systems
Brevet : Nanofibres gonflables et insolubles et leur utilisation dans le traitement des effluents essentiellement aqueux
Nouvelle microscopie optique très haute sensibilité pour l\'observation des nanomatériaux bidimensionnels
SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline
SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline
Les bonnes performances d\'électrodes pour accumulateurs Li-ion à base de nanoparticules d\'oxyde métallique dopé azote élaborées par pyrolyse laser.
Les bonnes performances d\'électrodes pour accumulateurs Li-ion à base de nanoparticules d\'oxyde métallique dopé azote élaborées par pyrolyse laser.
Les bonnes performances d\'électrodes pour accumulateurs Li-ion à base de nanoparticules d\'oxyde métallique dopé azote élaborées par pyrolyse laser.
Brevet :  Utilisation de formiates de bore pour la réduction de fonctions organiques insaturées
Projet Nanoprotection
Projet Nanoprotection
Projet Nanoprotection
Un primaire d’adhésion avant peinture, sans chrome VI, pour l\'aéronautique et le transport
Un primaire d’adhésion avant peinture, sans chrome VI, pour l\'aéronautique et le transport
Un primaire d’adhésion avant peinture, sans chrome VI, pour l\'aéronautique et le transport
Nucléation-croissance de Nanoparticules d’or
Nucléation-croissance de Nanoparticules d’or
Membrane polymère pour le traitement d\'effluents pétroliers  (GASPOM)
Des progrès dans la compréhension de la biominéralisation par une nouvelle microscopie X
Cristallographie : Quand un ordre inattendu émerge d’un matériau nanostructuré
Améliorer la sensibilité d’analyse d’échantillons biologiques, avec la microfluidique
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Etude du vieillissement de batteries par irradiation
Stockage des déchets nucléaires en conteneur acier en milieux argileux :  mis en évidence d\'une couche nanométrique contrôlant la corrosion
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Metrology of nanoparticles
Projet Cleverest (Nov 2017-Nov 2019)
Projet Cleverest (Nov 2017-Nov 2019)
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Brevet : Utilisation de formiates silylés comme équivalents d\'hydrosalines
Suivi des  nanoparticules de TiO2 dans les végétaux, en fonction de la nature du sol
Suivi des  nanoparticules de TiO2 dans les végétaux, en fonction de la nature du sol
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Laboratory \'Structure and Dynamics by Magnetic Resonance\'
Compréhension et optimisation de l’\'électrogreffage local
ANR LabCom 2018 - DESIR
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Solid State NMR studies of Glasses
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Des nanotubes fonctionnalisés pour augmenter la capacité et la stabilité des batteries Li-soufre (Li-S)
Des nanotubes fonctionnalisés pour augmenter la capacité et la stabilité des batteries Li-soufre (Li-S)
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Projet SIMBBAC : \
Étude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde d\'un nouveau colorant \
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Matériaux nanoporeux obtenus par procédés sol-gel /  Nanoporous materials obtained by sol-gel processes
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Dépôt en phase vapeur (PVD) couplé à un jet de nanoparticules, pour la synthèse de revêtements nanocomposites
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Analyse chimique en ligne au LEDNA
Analyses thermogravimétriques au LEDNA
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CVD pour la synthèse de nanotubes de carbone verticalement alignés et de graphène
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CVD pour la synthèse de nanotubes de carbone verticalement alignés et de graphène
CVD pour la synthèse de nanotubes de carbone verticalement alignés et de graphène
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Diffraction des rayons X : \
Nanofabrication : Mélange et dispersion de nanoparticules ou de nanotubes de carbone
Microscopies électroniques au LEDNA
Microscopies électroniques au LEDNA
Recuit 2200°c sous atmosphère inerte /  Poste de pesée fractionnement
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Spectroscopie / spectrométrie infra-rouge et Raman (LEDNA)
Synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser
Synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser
Suivre en direct une synthèse chimique grâce à la RMN
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La forme des nanomatériaux : une caractéristique déterminante dans le blocage de l’autophagie, un mécanisme sous-jacent de la toxicité
La forme des nanomatériaux : une caractéristique déterminante dans le blocage de l’autophagie, un mécanisme sous-jacent de la toxicité
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Vers un substitut sanguin à base de nanoparticules de silice
Laboratoire d\'Etude des Eléments Légers (LEEL)
Nouvelle électrode fonctionnelle en alliage InSb pour les batteries magnésium-ion
Du CO2 et du cuivre pour le radiomarquage de composés pharmaceutiques / CO2 and copper to radiolabel pharmaceutical compounds
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Elaboration d\'un outil d\'acquisition RTI open source (Reflectance Transformation Imaging)
Sonde bimodale fluorescence –RMN pour la détection spécifique des protéines
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Chantier CNRS Notre-Dame
Chantier CNRS Notre-Dame
Brevet : Nanocomposite photoactif et son procédé de fabrication / Photoactive nanocomposite and method for the production thereof
Brevet : Procédé de fabrication de nanotubes de carbone verticalement alignés, et condensateurs électrochimiques utilisant ces nanotubes comme électrodes
Brevet : Procédé de préparation d\'une électrode comprenant un support en aluminium, des nanotubes de carbone alignés et un polymère organique électro-conducteur, la dite électrode et ses utilisations
Brevet : Procédé de préparation d’alkylamines / Method for preparing alkylamines
Brevet : Procédé de préparation de méthoxyboranes et de production de méthanol / Method for preparing methoxyboranes and for producing methanol
Brevet : Procédé de fabrication d\'un dispositif microstructuré et dispositifs de mise en œuvre associés
Brevet : Cellule de mesure par résonance magnétique nucléaire en milieu liquide avec une bobine à couplage inductif, système comprenant une telle cellule et son utilisation
Brevet : Procédé de préparation de matériaux hybrides cœur-coquille
Brevet : Dispositif pour la synthèse de nanoparticules de type cœur-coquille par pyrolyse laser et procédé associé.
Brevet : Procédé de dopage par l\'azote de matériaux solides
Brevet : Procédé de préparation de molécules électroluminescentes organiques
Brevet :  Procédé de métallisation d\'une surface d\'un support solide
Importance des modifications chimiques des protéines pour leurs interactions avec les nanoparticules
Importance des modifications chimiques des protéines pour leurs interactions avec les nanoparticules
L’ion uranyle [UO2]2+ : un catalyseur efficace pour la réduction de doubles liaisons C=O
Projet SOS Epaves - Save Our Shipwrecks
La couronne de protéines adsorbées sur des nanoparticules de silice dévoile sa structure
Une couronne d’hémoglobine éclaire les réactions des nanoparticules dans leur milieu biologique
Brevet : Dispositif de dépot de particules de taille nanométrique sur un substrat
Brevet : Préparation de nouveaux capteurs et filtres d\'aldéhydes et/ ou de cétones
Brevet : Procédé de préparation d\'un matériau composite, matériau ainsi obtenu et ses utilisations
Nanotubes d\'imogolites (Aluminosilicates et aluminogermanates) : synthèse et propriétés
Nanotubes d\'imogolites (Aluminosilicates et aluminogermanates) : synthèse et propriétés
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Nanotubes d\'imogolites (Aluminosilicates et aluminogermanates) : synthèse et propriétés
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Des états excités de l’ADN produits par les rayonnements ionisants.
Une molécule-cage transporteuse d\'oxygène
Procédé de synthèse du méthanol, renouvelable en carbone et silicium
Conception de la Plateforme d’Acquisitions MUlti Dimensions (PAMUD)
Laboratoire de Chimie Moléculaire et Catalyse pour l\'Energie (LCMCE)
Structure, captation cellulaire, migration et toxicité de nanoparticules métalliques greffées de polymères pour la nanomédecine
Structure, captation cellulaire, migration et toxicité de nanoparticules métalliques greffées de polymères pour la nanomédecine
Brevet : Procédé de synthèse de composés organiques marqués au carbone
Brevet : Procédé de synthèse de nanoparticules silicium-germanium de type cœur-coquille par pyrolyse laser, procédé de fabrication d\'une électrode pour batterie au lithium et électrode associée
Brevet : Dispositif portable de microscopie électrochimique, kits le comprenant et leurs utilisations
Brevet : Procédé de formation d\'un film organique polymérique a la surface d\'un substrat métallique mettant en œuvre un gel
Brevet : Couvercle anti-odeur
Brevet : Procédé de croissance de nanotubes de carbone en surface et dans le volume d\'un substrat carboné poreux et utilisation pour préparer une électrode
Brevet : Procédé de dépolymérisation de matériaux polymères oxygénés par catalyse nucléophile
Brevet : Procédé de préparation de matériau sol-gel silicaté nanoporeux monolithique
Brevet : Procédé de fabrication de pigments cosmétiques omniphobes
Brevet : Microsonde pour analyse par résonance magnétique nucléaire
Brevet : Procédé de traitement d\'une pièce métallique spécifique en vue d\'améliorer sa résistance a la corrosion et ses propriétés d\'adhésion a une composition de revêtement, telle qu\'une peinture
Brevet : Procédé de préparation d\'une surface à activité bactériostatique et surface ainsi préparée
Brevet : Procédé de préparation d\'un matériau biocide, bactéricide et/ou bactériostatique
Brevet : Procédé de préparation de composés oxyboranes
Nouvelles surfaces antibactériennes efficaces et modulables par greffage robuste de polyionènes
SCARCE : 18 mois de collaboration sur le recyclage, entre l\'Université NTU de Singapour et le CEA
Batteries Mg-ion : amorphisation et cristallisation au sein des anodes In-Pb
Elaboration des premières OLEDs émettrices de lumière circulairement polarisée
La corrosion en milieu complexe :  modèles pour la prédiction du comportement en site de stockage profond
De l’importance de la taille des protéines dans les interactions protéines-nanoparticules
Séparation de charges et photocatalyse dans les imogolites
Suivre en direct la chimie d\'une batterie Li-O2 avec la RMN operando
Brevet : Méthode de protection d\'objets sensibles à l\'air ou à l\'évaporation
Brevet : Dispositif microfluidique comportant une microgoutte présentant une matrice sol-gel
Brevet : Générateur pulsé de particules chargées électriquement et procédé d\'utilisation d\'un générateur pulsé de particules chargées électriquement
NMR towards metabolomics
NMR towards metabolomics
Brevet : Traitement d\'un film mince par plasma d\'hydrogène et polarisation pour en améliorer la qualité cristalline
Nouveau procédé de production des hydrosilanes (réducteurs doux) par hydrogénation catalytique
Les MOFs : matériau pour la cathode à air des batteries Li-O2
For WATER Quality Monitoring – 4WATER
For WATER Quality Monitoring – 4WATER
For WATER Quality Monitoring – 4WATER
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Le CEA et la NTU résolvent ensemble des problématiques clés pour un meilleur recyclage des déchets électroniques
Brevet : Utilisation de la microscopie électrochimique à balayage comme technique prédictive d\'un essai de corrosion au brouillard salin
Brevet : Procédé de préparation d\'acide acrylique a partir de β-propiolactone
Brevet : Procédé et solution pour préparer une surface à activité bactériostatique et bactéricide, surface ainsi préparée et ses utilisations
Brevet : Système de tri pour trier des objets appartenant à au moins deux catégories d\'objets présentant des signatures acoustiques différentes lors de l\'impact avec un corps d\'impact et procédés associés
METALPAT
METALPAT
BROGLASEA
BROGLASEA
SolGelCarbo
 BRIDGE
Synthèse à façon de nanoparticules d\'or hybrides et leurs multiples applications
La radiolyse pour l\'étude rapide du vieillissement d\'électrolytes de batteries lithium–ion
Système de tri pour trier des objets appartenant à au moins deux catégories d\'objets présentant des signatures acoustiques différentes lors de l\'impact avec un corps d\'impact et procédés associés
Procédé pour caractériser des particules biologiques sous forme d\'aérosol par spectrométrie de plasma induit par laser et système associé
Synthèse de billes composites revêtues d\'oxyde de manganèse lamellaire et utilisation de telles billes pour éliminer des éléments toxiques contenus dans des fluides
Procédé de revêtement de matériaux textiles
Procédé et dispositif d\'extraction d\'additifs à partir d\'un matériau à base de plastique
Dispositif de synthèse colinéaire de nanoparticules par pyrolyse laser, système et procédé associés
Nouveaux dispositifs pour traiter les anévrismes cérébraux
 Système de caractérisation de particules se présentant sous la forme d\'un aérosol dans un gaz ambiant et procédé associé
Mélange-maître à activité bactériostatique ou bactéricide, son procédé de préparation et ses utilisations
Instabilité des protéines en présence de plastiques
Notre-Dame de Paris : première Dame de fer
Synthèse par électrochimie de films minces d’oxydes nanostructurés
Synthèse de Nanodiamants
Étude operando par RMN d\'une mini-batterie à flux redox organique
Rôle des protéines dans la diffusion des déchets microplastiques et voies possibles de leur élimination
Solubilisation des nanoparticules de TiO2 par un sidérophore bactérien
Echelle cellulaire / Cellular scale
 Biologie et santé / Biology and health @ NIMBE
 Matériaux, nanomatériaux, matériaux pour l\'électronique, l\'énergie et matériaux du patrimoine @ NIMBE
 Économie circulaire - environnement @ NIMBE
Synthèse et photophysique de nanoparticules de graphène solubles et hautement photoluminescentes
 Nouvelles technologies de l\'énergie @ NIMBE
Protection des métaux cuivreux du patrimoine par procédé sol-gel  dopé en inhibiteur de corrosion
Imagerie RMN operando de cellules \
Des nanodiamants oxydés pour la production d’hydrogène à partir d’eau et de la lumière du soleil

 

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