[POURVU] Poste à pourvoir : Sujet de thèse

Le Laboratoire Catalyse et Spectrochimie (LCS) est un laboratoire reconnu au niveau international pour ses recherches dans le domaine de la caractérisation des catalyseurs et des matériaux via l’utilisation de spectroscopies vibrationnelles, en particulier en conditions de fonctionnement “operando“. Initialement spécialisées dans l’analyse des catalyseurs, les thématiques du laboratoire se sont peu à peu étendues, entrainant une diversification des types de matériaux étudiés (matériaux nouveaux et hybrides, adsorbants, membranes, matériaux pour les applications énergétiques, …) et des conditions opératoires (basse et haute pression, produits corrosifs, présence d’eau …). Ce projet vise à obtenir de meilleures connaissances des mécanismes d’adsorption, de diffusion et de catalyse mis en jeu dans des matériaux type core-shell via le développement de nouvelles approches méthodologiques en spectroscopies vibrationnelles apparues récemment au Laboratoire. Cette étude va donc s’appuyer sur des équipements uniques développés au LCS :

– L’AGIR³ et l’AGIR+ sont deux outils scientifiques uniques et spécifiques au LCS qui combinent deux techniques complémentaires : l’aspect qualitatif de l’IR couplé à l’aspect quantitatif de l’ATG (analyse thermogravimétrique). Ils permettront d’accéder aux capacités d’adsorption de chaque type de matériaux sous environnement contrôlé via la détermination de coefficients d’extinction molaires. L’AGIR+ est un outil en cours de réalisation au laboratoire qui associe pour la première fois spectroscopie IR et microbalance à suspension avec couplage magnétique afin de réaliser des expériences sous vide et sous pression (budget 300 k€). La mise au point de cet outil sera une partie importante du début de thèse et permettra à l’étudiant de se familiariser avec la spectroscopie IR.

– La cellule IR Carroucell sera utilisée pour déterminer simultanément les isothermes optiques d’adsorption de 11 matériaux afin d’évaluer l’influence de paramètres structuraux des core-shell (taille, épaisseur, composition, porosité, nature des sites, …) sur les phénomènes d’adsorption.

– La cellule Jumpipe sera utilisée pour évaluer les paramètres de diffusion.

– La méthodologie IR operando⁴ sera utilisée pour évaluer l’activité catalytique des matériaux core-shell.

– Les phénomènes de diffusion ou de catalyse très rapides seront étudiés à l’aide d’un nouveau spectromètre infrarouge laser ultra rapide en cours de développement au LCS.

Les matériaux pourront être synthétisés au sein du laboratoire et/ou fournis via un partenariat scientifique initié lors de la participation de l’équipe de recherche à plusieurs projets Européens du 6^eme et 7^eme programme cadre relatifs à la synthèse de matériaux innovants et à leur caractérisation (projets Desanns (2006-2010), Macademia (2009-2013) et M₄CO₂ (2013-2017)).

L’oxydation du monoxyde de carbone sur des matériaux core-shell de type Pt/SiO₂@Zéolithe sera le système catalytique qui servira de base à l’étude. L’influence de la présence d’eau et d’hydrocarbures d’encombrement stérique variable sur les paramètres d’adsorption, de diffusion et catalytiques sera évaluée. Des core-shell à base de matériaux nanoporeux type MOF (Metal-Organic Framework) seront également étudiés en raison de leurs propriétés intéressantes et de leur intérêt grandissant dans les processus industriels.

¹ Q. Zhang, I. Lee, J. B. Joo, F. Zaera and Y. Yin, Acc. Chem. Res., 2013, 46, 1816–1824

² R. G. Chaudhuri, Santanu Paria, Chem. Rev., 2012, 112 (4), 2373–2433

³ M. El-Roz, P. Bazin, T.B. Čelič, N.Z. Logar, F. Thibault-Starzyk, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 22570−22576

⁴ M. El-Roz, P. Bazin, M. Daturi, F. Thibault-Starzyk, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 11277-11283