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PERSEE 04 (Poste pourvu) - Nouvelles électrodes pour l'électrolyse de l'eau basse température (PEMWE) à base d'aérogels de dioxyde d'étain (SnO2) dopé (Sb, Nb ou Ta) comme support de catalyseur.

PERSEE 04 (Poste pourvu) - Nouvelles électrodes pour l'électrolyse de l'eau basse température (PEMWE) à base d'aérogels de dioxyde d'étain (SnO2) dopé (Sb, Nb ou Ta) comme support de catalyseur.

(New electrodes for low temperature water electrolysis (PEMWE) based on doped tin dioxide aerogels (SnO2 : Sb, Nb or Ta) as catalyst support.)

Proposition de thèse

SpécialitéEnergétique et Procédés
Ecole doctoraleSMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur
Directeur de thèseBEAUGER Christian
Unité de rechercheEnergétique et Procédés
Contact
Site Webhttp://www.persee.mines-paristech.fr
Mots-clésElectrodes, électrolyse, PEMWE, matériaux nanostructurés, oxydes métalliques, dopage
Electrodes, electrolysis, PEMWE, nanostructured materials, metal oxides, doping
RésuméUn des enjeux majeurs de l'électrolyse 'basse température' (PEMWE) concerne la disponibilité du catalyseur utilisé pour favoriser la réaction d'oxydation de l'eau, l'iridium.
Pour augmenter les densités de courant massiques, la stratégie proposée dans le cadre du travail de thèse consiste à « nano-architecturer » les matériaux d'anode en déposant le catalyseur sous forme nanométrique à la surface d'un support poreux, conducteur électronique et résistant à la corrosion, s'inspirant de ce qui a été développé dans le cadre des piles à combustibles.
Nos récents travaux ont mis en évidence l'intérêt d'utiliser des aérogels de dioxyde d'étain dopé comme support de catalyseur pour les piles à combustible basse température (PEMFC). Il s'agira dans le travail proposé de développer ces matériaux pour l'électrolyse puis de mettre au point un procédé de dépôt de nanoparticules d'oxyde d'iridium à la surface de l'aérogel.
One of the major challenges of 'low temperature' electrolysis (PEMWE) concerns the availability of the catalyst used to promote the oxidation reaction of water, iridium.
To increase the mass current densities, the strategy proposed in this work is to 'nano-architect' the anode materials by depositing the catalyst in nanometric form on the surface of a porous support, electronic conductor and resistant to corrosion, drawing inspiration from what has been developed in the context of fuel cells.
Our recent work has highlighted the value of using doped tin dioxide aerogels as a catalyst support for low temperature fuel cells (PEMFC). The proposed work consists in developing these materials for electrolysis and then to develop a process to deposit iridium oxide nanoparticles on the surface of the aerogel.

ContexteIl conviendra d'optimiser, pour l'application visée, les protocoles de synthèse issus de nos travaux précédents.
EncadrementCe sujet de thèse s'inscrit dans l'axe de recherche du centre PERSEE dans la continuité des travaux réalisés sur les matériaux d'électrodes pour pile à combustible.
Il contribuera a compléter et renforcer les connaissances à la fois dans le domaine des supports de catalyseurs nanostructurés et dans celui de la synthèse d'oxydes.
Il conduira à des avancées théoriques concernant notamment les relations structure-texture-propriétés des matériaux d'électrodes, mais aussi les interactions support-catalyseur.
De nouveaux protocoles de synthèse, dépôt de catalyseur viendront enrichir notre gamme de procédés expérimentaux.
Domaine(s)CHIMIE : '301' 'Chimie des matériaux'
Profil candidatProfil : Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais. Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis : Bonnes connaissances en chimie en général et en physico-chimie du solide en particulier. Des connaissances en électrochimie seraient appréciées.
Pour postuler, transmettre à christian.beauger@mines-paristech.fr :
- un CV,
- une lettre de motivation,
- coordonnées d'un ou deux référents.


Date limite de candidature : 07/07/2017
Résultat attenduCette étude permettra de mettre au point des nanostructures d'oxydes dopés ayant des caractéristiques permettant leur emploi comme matériaux d'électrode dans les électrolyseurs basse température (PEMWE).
On vise in fine une augmentation de la densité de courant massique (avec comme cible un facteur 5).
Cette étude conduira par ailleurs à une meilleure compréhension des phénomènes régissant la conductivité électronique au sein de la matrice nanostructurée ainsi que les interactions support-catalyseur. Elle permettra également de mettre au point des nanostructures d'oxydes dopés pour d'autres applications : capteurs de gaz ou éléments thermoélectriques par exemple.
Objectif• Préparation d'aérogels de dioxyde d'étain dopés (Sb, Nb ou Ta) dans le but de les utiliser comme supports de catalyseur pour anode d'électrolyseur basse température (PEMWE) ;
• dépôt de nanoparticules d'oxyde d'iridium adapté aux spécificités du nouveau support ;
• caractérisations physico-chimiques et électrochimiques ;
• compréhension des phénomènes régissant les propriétés finales du support (rôle de la matrice et du dopant) sur la base des relations structures-propriétés.
RéférencesNR
Type financementContrat de recherche
Partenariat/contratENSMP ou ARMINES

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