Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux ultra-poreux pour le stockage de l’énergie

• Date: 1er septembre ou octobre 2023

• Thème scientifique (domaine disciplinaire): Synthèse organique, caractérisation physicochimique, électrochimie

• Laboratoire d'accueil: LPPI (CY Cergy Paris Université)

• Formation recherchée: Diplôme de Master 2 Recherche en chimie ou équivalent

 

Résumé du sujet proposé:

Les matériaux à base des réseaux bien structurés ultra poreux (COF/MOF) sont très prometteurs pour les applications dans le domaine de l’énergie comme par exemple le stockage électrochimique. Cependant, les contraintes de conductivités électriques et ioniques limitent à l’heure actuelle leurs utilisations dans ce domaine. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de développer différentes familles de matériaux à base de réseaux COF/MOF, et plus particulièrement ceux possédant des propriétés électriques et ioniques intrinsèques induites par leur structure moléculaire. Dans ce cadre, cette thèse va se dérouler en s’appuyant sur 3 volets : (1) synthèse de nouveaux ligands organiques, (2) synthèse et caractérisation structurales des matériaux de COF/MOF et (3) études des propriétés électrochimiques, des phénomènes interfaciaux et des performances des dispositifs obtenus pour le stockage de l’énergie (par ex. supercondensateurs).

Volet 1 : Synthèse de nouveaux ligands organiques. Des nouvelles familles de ponts organiques seront conçues et synthétisées pour introduire des fonctionnalités spécifiques vis-à-vis de l’application visée. En effet, une grande majorité des structures commercialement disponibles ne possèdent qu’une des propriétés souhaitées, ce qui limite les performances finales pour le stockage. Dans le cadre de cette thèse, nous ciblons 3 familles de ponts organiques : des systèmes pi-conjugués conducteurs électroniques et/ou ioniques, des systèmes intrinsèquement électro-actifs portant par exemple des quinones ou des viologènes et des systèmes pouvant complexer des métaux à base par exemple de bases de Schiff.

Volet 2 : Synthèse et caractérisation structurales des matériaux de COF/MOF. Le pont préalablement synthétisé sera associé par réaction de condensation à une molécule tri ou tétra fonctionnalisée afin de former la structure tridimensionnelle poreuse souhaitée. L’approche consistera à ajuster les paramètres de préparation du matériau (température, concentration, nature des précurseurs, etc.) dans l’objectif de contrôler les caractéristiques des produits formés (taille des pores, cristallinité, conductivité, etc...). Ainsi, différentes techniques de synthèse (solvothermale, assistée par micro-ondes,…) seront étudiées pour trouver le bon compromis entre les propriétés souhaitées. Une attention spécifique se focalisera sur la morphologie et la composition élémentaire par l’utilisation d’analyses microscopiques (microscopie électronique à balayage – MEB, microscopie à force atomique – AFM, etc.), spectroscopiques (analyse dispersive en énergie – EDX, Raman, etc.) et des analyses de la surface spécifique (BET).

Volet 3 : Etudes des propriétés électrochimiques et applications. Les matériaux synthétisés seront caractérisés par des outils électrochimiques, permettant de récolter des informations supplémentaires et de comprendre les phénomènes à l’interface solide/ liquide. Enfin, ils seront utilisés en tant que matériaux actifs dans les dispositifs de stockage de l’énergie (élaboration des électrodes, évaluations des performances, etc.), de catalyse ou encore de capteurs.
 

Profil de candidat :

Passionné par la recherche, curieux, motivé, sachant s’exprimer en anglais (écrit/oral), le candidat (issu d’un Master 2 recherche ou équivalent) doit avant tout être un très bon chimiste organicien validé par un stage dans ce domaine mais aussi avoir un goût prononcé pour la caractérisation physicochimie et les potentielles applications visées dans le domaine du stockage de l’énergie électrochimique.
 

Personnes à contacter et/ou pour candidater : envoyer  CV et lettre de motivation

• Dr. Thuan Pham (thuan-nguyen.pham-truong@cyu.fr)