Sujet de stage / Master 2 Internship

Le sujet de stage s’inscrit dans le cadre de la thématique: production d’hydrogène par photoélectrolyse de l’eau. Plus particulièrement, nous nous intéressons à l’optimisation des photoanodes à base d’oxyde de fer pour augmenter l’efficacité de la réaction de photoélectrolyse. L’objectif du stage est d’utiliser la microscopie électrochimique à balayage (SECM) pour mesurer et caractériser l’activité électrochimique vis-à-vis de la réaction d’évolution de l’oxygène (OER) au niveau local des photoanodes à base d'hématite.

Responsable SPEC : Dana Stanescu
Responsable ICMMO : Loïc Assaud (loic.assaud@universite-paris-saclay.fr)

Ce stage M2 est proposé dans le cadre d'un appel à projets proposé par l’Institut de l’Énergie Soutenable, les projets acceptés pour financement seront connus le 05.12.2022. Il est préférable d’envoyer vos candidatures avant le 10.11.2022.

L’objectif du stage est de mesurer et caractériser l’activité électrochimique vis-à-vis de la réaction d’évolution de l’oxygène (OER) au niveau local des photoanodes nanostructurées à base d'hématite (Ti :α-Fe2O3) activées catalytiquement par des structures oxyhydroxydes (M-OOH où M = Fe, Co ou Ni) utilisant la microscopie électrochimique à balayage (SECM). Les résultats d’imagerie électrochimique seront corrélés avec les valeurs du photo-courant macroscopique obtenu par la photo-électrolyse de l’eau. Des mesures complémentaires par spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) permettront de caractériser et de modéliser l’interface photo-anode / électrolyte.

Pendant son stage, l’étudiant réalisera la croissance des photoanodes par voie chimique en solution aqueuse au laboratoire SPEC. Ce type de croissance nous permettra d’obtenir une morphologie très particulière des photoanodes: tapis des nano-bâtonnets à base d’hématite perpendiculaires au substrat. Il utilisera le banc de mesure spécialement dédié pour faire des mesures photoélectrochimiques (photocourant et EIS) au laboratoire SPEC. Les mesures de microscopie électrochimique seront réalisées en utilisant le PF-SECM (Peak Force Scanning ElectroChemical Microscope) à l’ICMMO. Cette étude nous permettra de corréler les aspects locaux (morphologie des nano-bâtonnets, électrochimie locale) avec ceux macroscopiques (photocourant, caractérisation de l’interface par spectroscopie d’impédance : flat band, concentration des porteurs, états de surface, etc.). Des caractérisations physico-chimiques complémentaires (MEB, DRX, XPS) sont également envisagées.

Références :
1. Walter, M. G., Warren, E. L., McKone, J. R., Boettcher, S. W., Mi, Q., Santori, E. A. & Lewis, N. S. Chem. Rev. 110, 6446–6473 (2010).
2. Fujishima, A. & Honda, K. Nature 238, 37–38 (1972).
3. Van De Krol, R. & Gratzel, M. International Journal of Renewable Energy Research vol. 2 (Springer, 2012).
4. Vayssieres, L. Int. J. Nanotechnol. 1, 1–41 (2004).
5. Stanescu, D., Piriyev, M., Villard, V., Mocuta, C., Besson, A., Ihiawakrim, D., Ersen, O., Leroy, J., Chiuzbaian, S. G., Hitchcock, A. P. & Stanescu, S. J. Mater. Chem. A 8, 20513–20530 (2020).

Techniques utilisées: AFM, SECM, MEB, DRX, XPS, photoélectrochimie, croissance par voie chimique

Qualités et compétences requises du candidat: Étudiant M2, connaissances d’électrochimie, (photo-) catalyse, physique des semiconducteurs. Pour le traitement des données et la rédaction du rapport de stage : office, python.