Photoélectrodes Hyperuniformes Pour La - Lyon, France - Institut des Nanotechnologies de Lyon

Description

**Photoélectrodes hyperuniformes pour la génération d'hydrogène.**:

- Réf **ABG-122572**
- Sujet de Thèse- 10/04/2024- Contrat doctoral- Institut des Nanotechnologies de Lyon- Lieu de travail- Lyon - Auvergne-Rhône-Alpes - France- Intitulé du sujet- Photoélectrodes hyperuniformes pour la génération d'hydrogène.- Champs scientifiques- Matériaux
- Chimie
- Physique
- Mots clés- Semi-conducteurs, Photocathodes, hyperuniformité**Description du sujet**:
**Domaine et contexte scientifique**
- Selon l'Accord de Paris adopté en 2015 par 195 pays, limiter les émissions de gaz à effet de serre est une priorité mondiale afin de réduire significativement le réchauffement climatique. L'énergie solaire devrait devenir la plus grande source d'électricité au monde d'ici 2050 [1]. Cependant, même si l'électricité peut être produite à l'aide de cellules solaires, l'énergie générée doit être utilisée instantanément ou stockée dans des batteries peu efficaces sur le long terme et coûteuses. Des combustibles fabriqués directement à partir de la lumière solaire peuvent être considérés comme un moyen écologique de compenser l'intermittence du rayonnement solaire [2]. L'hydrogène, le combustible solaire le plus simple, peut ainsi être facilement stocké et transporté et surtout libère seulement de l'eau lorsqu'il se combine avec l'oxygène dans une pile à combustible. Cette filière est actuellement limitée par les faibles rendements des électrolyseurs. Dans ce contexte, la recherche sur de nouveaux matériaux photoélectrocatalytiques devient l'un des défis les plus importants en nanoscience et nanotechnologie.- La thèse vise à développer des photoélectrodes hautement efficaces pour la génération d'H2, en utilisant des matériaux abondants et peu coûteux tels que le silicium et des oxydes fonctionnels [3]. En employant des stratégies innovantes, notamment l'hyperuniformité [4] et la nanostructuration [5, 6], cette étude vise à améliorer les interactions lumière-matière et à obtenir une amélioration de l'absorption lumineuse, augmentant ainsi l'efficacité globale.**Objectifs de la thèse**
- L'objectif principal de la thèse est d'obtenir un rendement « solar to hydrogen » supérieur à 10 % avec une durabilité de 10 ans, ouvrant ainsi la voie à des technologies rentables et adaptables d'énergie renouvelable. Les travaux de thèse sont divisés en quatre sous-objectifs.**1. Conception et synthèse de photoélectrodes utilisant des matériaux abondants** : le silicium, les oxydes protecteurs et les catalyseurs seront sélectionnés et optimisés pour leurs propriétés électroniques, optiques et électrocatalytiques ainsi que leur criticité. Diverses techniques de fabrication seront explorées pour produire des films minces avec des hétérojonctions et des compositions adaptées (jonction PN notamment) pour une génération efficace d'H2.**2. Mise en œuvre de l'hyperuniformité pour des interactions lumière-matière améliorées** : L'hyperuniformité sera développée comme un moyen de favoriser un piégeage et une absorption optimales de la lumière. Il pourra s'agir d'hyperuniformiser la distribution des catalyseurs métalliques de surface, ou la morphologie de la photoélectrode par des techniques de gravure. Des techniques avancées de simulation et de modélisation des propriétés optiques guideront le processus de conception pour atteindre une efficacité supérieure de conversion photonique.**3. Caractérisation des photoélectrodes pour l'absorption de la lumière et la séparation des charges**: diverses techniques de caractérisation, notamment la microscopie et la spectroscopie, seront utilisées pour évaluer les propriétés structurelles, optiques et électroniques des photoélectrodes fabriquées. L'objectif est d'élucider les mécanismes régissant l'absorption de la lumière, la dynamique des porteurs de charge et l'activité catalytique.**4. Optimisation des performances des photoélectrodes grâce à l'ingénierie des matériaux et à l'intégration de dispositifs**: une optimisation basée sur des informations expérimentales sera entreprise pour affiner les propriétés des photoélectrodes et améliorer d'une part le rendement de conversion et d'autre part la durabilité des photoélectrodes. L'intégration de photoélectrodes optimisées dans les cellules photoélectrochimiques sera réalisée pour évaluer l'efficacité et la stabilité au niveau du système.**Prise de fonction**:

- 01/10/2024**Nature du financement**:

- Contrat doctoral**Précisions sur le financement**:

- Bourse ministérielle**Présentation établissement et labo d'accueil**:

- Institut des Nanotechnologies de LyonLe laboratoire est multi-sites avec des localisations sur les campus d'Ecully et de Lyon-Tech La Doua. Il regroupe environ 200 personnes dont 121 personnels permanents. L'INL est un acteur majeur