Relation matériaux-propriétés électrochimiques de films minces élaborées par ALD //

Topic description

Les réactions électrochimiques constituent une approche prometteuse pour la production durable de gaz et de molécules tels que l'hydrogène et l'ammoniac verts. Pour améliorer l'efficacité et le rendement de ces réactions, des matériaux présentant des propriétés électrocatalytiques sont utilisés, appelés électrocatalyseurs. Comme les réactions électrochimiques se produisent à la surface des électrodes, les revêtements
nanométriques offrent une solution coût/efficacité intéressante. Différentes techniques permettent de synthétiser/déposer des couches minces, sous vide ou en solution, avec un contrôle précis de l'épaisseur à l'échelle nanométrique (par exemple, les procédés de dépôt physique ou chimique en phase vapeur, le dépôt électrochimique). Cependant, ces méthodes manquent de précision dès qu'il s'agit de contrôler la croissance de films couche par couche. Une alternative attrayante est le dépôt couche par couche (atomic layer deposition - ALD), réalisable en milieu sous vide ou en solution, qui offre une plus grand contrôle.
Ce projet de thèse couvre l'ensemble du processus de recherche :
- Préparation des couches minces : développement et optimisation de procédés basés sur l'ALD pour obtenir des oxydes et des oxynitrures en phases liquide et gazeuse. Grâce aux techniques ALD, il est possible de réaliser des couches minces ancrées à la surface du substrat avec un contrôle nanométrique de l'épaisseur.
- Caractérisation : analyse des couches obtenues à l'aide de techniques adaptées, telles que la microscopie électronique, la diffraction des rayons X et la spectroscopie infrarouge.
- Évaluation électrochimique : mesure des performances et de la stabilité pour les réactions de dissociation de l'eau (water splitting) et de réduction de l'azote.
L'objectif est de comprendre la relation entre les caractéristiques des couches (composition chimique, cristallinité, morphologie) et leurs propriétés électrochimiques.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Electrochemical reactions are a promising approach for the sustainable production of gases and molecules such as green hydrogen and ammonia. To enhance the efficiency and yield of these reactions, electrocatalyst materials are used. Since electrochemical reactions occur at the electrode surface, nanometric coatings offer a cost-effective solution. Different techniques are available for thin films synthesis/ deposition in vacuum or in solution with precise thickness control at the nanometre scale (e.g., physical or chemical vapour deposition processes, electrochemical deposition). However, these methods lack modularity whenever it comes to control the film growth in a layer-by-layer fashion. An attractive alternative is atomic layer deposition (ALD) which can be performed in vacuum and in solution and which provides greater flexibility.
This PhD project covers the entire research workflow:
- Thin films preparation: developing and optimizing ALD-based processes of oxides and oxynitrides in liquid and gaseous phases. Thanks to ALD-based techniques, surface anchored thin films with nanometric thickness control can be achieved.
- Characterization: The obtained layers are analysed with suitable techniques, e. g. electronic microscopy, X ray diffraction, infrared spectroscopy
- Electrochemical assessment: evaluating performance and stability in water splitting and nitrogen reduction reactions.
The aim is to understand the relationship between the layer characteristics (e. g. chemical composition, crystallinity, morphology) and the electrochemical properties.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Funding further details

Concours IPP ou école membre*Contrat Doctoral E4C*Contrat Doctoral M4S*Financement d'un établissement public Français*