Ce projet serait sous la direction de : M. Aurélien HABRIOUX et Mme Claudia GOMES DE MORAIS

Unité de recherche : IC2MP, équipe E3

École doctorale : Rosalind Franklin – Énergie, Environnement, Bio santé

Intitulé du sujet :

Impact d’un champ magnétique sur la cinétique des réactions d’oxydation de l’eau et de réduction de l’oxygène en milieu alcalin

Début de thèse : à partir du 01/10/2025

Mots clés : Electrocatalyse, batteries Zn/air

 

Résumé:

Le sujet de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR MAFIA. Les travaux seront réalisés à l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP), laboratoire internationalement reconnu en électrocatalyse et en science des matériaux. Les batteries Zn/air sont des systèmes post Li-ion à maturité technologique faible. L’obtention d’une électrode à air réversible et stable est cruciale en vue de développer des systèmes présentant des performances électriques accrues (densité d’énergie, densité de puissance, efficacité énergétique). Ce sujet traite de l’élaboration d’une électrode à air réversible et stable en jouant sur deux leviers :

– l’utilisation de matériaux catalytique innovants constitués d’oxysulfures de métaux de transition 3d supportés sur un matériau bidimensionnel (MXène)

– l’application d’un champ magnétique pour activer les réactions de réduction d’oxygène et d’oxydation de l’eau.

 

Contexte et problématique :

Les batteries Zn/air aqueuses, bien que prometteuses (coût de stockage faible, recyclabilité élevée, densité d’énergie accrue, sécurité), sont des systèmes à maturité technologique faible. Les accumulateurs actuels souffrent en effet d’une efficacité énergétique limitée ainsi que d’une densité d’énergie pratique et d’une densité de puissance faibles. Ces problématiques sont liées à la cinétique lente des réactions de charge (réaction d’oxydation de l’eau – OER) et de décharge (réaction de réduction du dioxygène – ORR) impliquées à l’électrode positive.

Implémenter les systèmes Zn/air avec une électrode à air réversible et stable catalysant efficacement à la fois l’OER et l’ORR engendrerait une révolution en ce qui concerne leurs performances électriques et leur cyclabilité. La stratégie communément employée pour développer une telle électrode consiste à tenter de concevoir des catalyseurs toujours plus actifs. Néanmoins, il a été récemment démontré qu’au-delà de cette approche l’application d’une méthode d’activation alternative telle qu’un champ magnétique pouvait permettre de diminuer significativement les surtensions associées à l’OER et à l’ORR. C’est pourquoi le sujet proposé consiste à étudier l’impact d’un champ magnétique (statique ou alternatif) sur la cinétique des réactions OER et ORR.

 

Description du sujet :

Le sujet proposé consiste à étudier l’impact d’un champ magnétique (statique ou alternatif) sur la cinétique des réactions OER et ORR. L’accent sera mis sur la compréhension des effets induits par l’interaction entre le champ magnétique et le matériau catalytique. Ces derniers seront corrélés aux propriétés magnétiques des matériaux.

Une attention particulière sera également portée à l’étude des modifications du transport de matière au sein de l’électrolyte sous champ magnétique. Les catalyseurs étudiés seront majoritairement synthétisés par un laboratoire partenaire (Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux- ICMCB). Ces matériaux composites originaux seront constitués d’une phase active (oxysulfure) composée de métaux de transition 3d et supportée sur un matériau bidimensionnel de type MXène.

 

Méthodologie et mise en œuvre :

Dans ce travail de thèse le/la candidat(e) sera amené(e) à :

– Réaliser une veille bibliographique sur le sujet. Un rapport bibliographique devra être réalisé et remis en fin de première année de thèse.

– Contribuer au développement des cellules électrochimiques employées pour étudier l’effet du champ magnétique sur la cinétique des réactions OER et ORR.

– Evaluer l’activité et la stabilité des matériaux en utilisant des techniques électrochimiques telles que la voltammétrie cyclique, la chronopotentiométrie ou la spectroscopie d’impédance électrochimique.

– Réaliser des études par spectroscopie vibrationnelle in situ (Raman et FTIR) de façon à évaluer la dynamique de l’interface électrode/électrolyte sous conditions de fonctionnement.

– Développer une nouvelle méthodologie combinant différentes techniques de caractérisation (XPS, DRX, MEB, MET in situ…) et permettant de caractériser les phénomènes de reconstruction et de dégradation affectant les matériaux catalytiques (phase active et support) sous conditions de fonctionnement.

 

Profil recherché :

Le/la candidat(e) devra être titulaire d’un diplôme (ou diplômé(e) au cours de la présente année universitaire) d’ingénieur et/ou d’un master en chimie ou physique-chimie. Le poste proposé nécessite un goût prononcé pour la mise en place de montages expérimentaux, l’électrochimie et l’analyse de matériaux ainsi que de bonnes aptitudes à la communication orale et écrite (en anglais) pour présenter des résultats dans des congrès internationaux, lire et rédiger des articles scientifiques. Nous recherchons un(e) jeune chercheur(euse) qui saura s’impliquer fortementdans son projet, curieux(se), ayant une certaine autonomie et une motivation élevée pour mener à bien ce projet de recherche et acquérir des compétences spécifiques.

Les candidatures devront inclure un CV détaillé, au moins deux références (susceptibles d’être contactées) ; une lettre de motivation, un résumé des activités réalisées lors du stage de Master 2, les relevés de notes de Master 1 et 2 ou de celles obtenues en école d’ingénieur.

 

Contact pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 31/05/25 :
aurelien.habrioux@univ-poitiers.fr