Doctorants / Non-permanents

Doctorants

3ème Année

BUZDON Tara

Sujet : Nano-matériaux 2D fluorés pour la photo/électrogénération de H2 et la dégradation de polluants

Responsables ICCF : Pierre BONNET (MCF-HDR UCA)

Financement : Clermont Auvergne Métropole et Université Clermont Auvergne

Contexte : Dans un contexte où les problématiques environnementales sont des plus importantes, l’élaboration de nouvelles technologies sont nécessaires pour les surmontées. Parmi ces défis, la production d’énergie verte (comme H2) et la dégradation de polluants grâce à la lumière sont des pistes grandement étudiées. Ces applications reposent sur l’utilisation de semi-conducteurs qui sont, dans le cadre de cette thèse, le nitrure de carbone graphitique (g-C3N4, photocatalyseur) et le disulfure de molybdène (MoS2, électrocatalyseur). Leur performance catalytique est améliorée par la présence de fluor, induisant des changements structuraux et de meilleures propriétés opto-électroniques.

Objectifs : 

Fluoration de deux semi-conducteurs par F₂ et XeF₂ 
Exfoliation, changements structuraux, contrôle du taux de fluor 
Génération de H₂ par électrocatalyse avec MoS₂
Dégradation de polluants organiques en solution par photocatalyse

2ème Année

ERBLAND Thomas
 

Sujet : Matériaux photocatalytiques à effet plasmonique pour la conversion du CO2

Responsables ICCF : Pierre BONNET (MCF-HDR UCA) et Angélique BOUSQUET (MCF-HDR UCA)

Partenaires : Audrey BONDUELLE (IFPEN), Valérie KEILLER (ICPEES)

Financement : PEPR SPLEEN

Contexte : La production de carburants synthétiques verts à partir de CO2 pourrait permettre de réduire son émission dans l’atmosphère et renforcer l’indépendance énergétique de la France à l'importation de carburant fossile. Ce projet vise à améliorer, grâce à l'ingénierie de plasmons, l'activité de matériaux photocatalytiques capables de convertir le CO2 en molécules d'intérêt telles que CO et CH4. Le couples oxyfluorure de bismuth BiOxFy/bismuth métallique a d’abord été choisi pour sa sélectivité envers CO,  précurseur clé dans l'industrie chimique.

Objectifs :

Synthèse de BiOxFy et nanoparticules de Bi à effet plamonique.
Elaboration de composites nanostructurés oxyfluorure/métal.
Caractérisation physico-chimiques (DRX, IR, Raman, XPS, MEB, TEM…).
Evaluation des propriétés photocatalytiques (conversion de CO2, photodégradation de polluants organiques).

MOUMEN Saïda

Sujet : Fluoration par réaction solide/gaz des composés chalcogénures pour les batteries rechargeables

Responsables ICCF : Laurent JOUFFRET (CR-HDR), Kevin LEMOINE (CR)

Partenaires : Enora LAVANANT (Umicore)

Financement : CNRS - Umicore

Contexte : Les argyrodites de formule chimique Li₆PS₅X (X= I, Br, Cl) ont été découvertes en 2008 par Deiseroth et al. La nouvelle génération d'électrolytes solides sulfures dopés par des halogénures sur les sites des chalcogènes a permis de mettre en place une nouvelle famille d'argyrodites aux propriétés intéressantes.

Les argyrodites Li₆PS₅X cristallisent dans une structure de symétrie cubique à faces centrées, avec un groupe d’espace F-43m. Cette structure est principalement composée de deux unités principales: des tétraèdres PS4 et des cages octaédriques de lithium. Les argyrodites se distinguent par des propriétés électrochimiques notables, notamment une conductivité ionique proche de celle des électrolytes liquides, de l’ordre de 10^-3 S/cm. Le dopage de l’argyrodite par le fluor, sur les sites (4a) et (4d), est une stratégie développée afin d’améliorer sa stabilité électrochimique vis-à-vis de l’anode de lithium, ainsi que sa conductivité ionique, d’où ce projet qui porte sur la fluoration de l’argyrodite Li₆PS₅Cl.

Objectifs :

Fluoration radicalaire de l’électrolyte solide par XeF₂,  et moléculaire par un flux de gaz direct de F₂
Caractérisations physicochimiques (DRX, RMN, RAMAN) 
Caractérisation électrochimique (mesures de conductivités ioniques)+ test en batteries

ROUAG Abderaouf

Sujet : Prochaine génération de fluorure de métal mélangé pour batterie tout solide

Responsables ICCF : Katia GUERIN (Pr. UCA), Fabrice LEROUX (DR),  Kevin LEMOINE (CR)

Partenaires : Cristina IOJOIU (LEPMI), Diane DELBEGUE (CNES)

Financement : CIR/ I-SITE CAP 20-25 et CNES

Contexte : L’optimisation des batteries lithium-ion (LIBs) à haute performance est essentielle pour des applications exigeantes comme l’exploration spatiale. Toutefois, ces batteries présentent des défis majeurs, notamment en matière de sécurité, de disponibilité des matériaux et de toxicité. Pour pallier ces limites, les métaux fluorés émergent comme une alternative prometteuse, offrant une densité d’énergie théorique environ deux fois supérieure à celle des cathodes lithiées actuelles, telles que les LiNixMnyCozO2 (~200 mAh/g).
Cette thèse vise à développer des composites CuF₂/FeF₃ grâce à une méthodologie inédite de fluoration à matrice multimétallique (MMTF), utilisant un hydroxyde double lamellaire (HDL) comme gabarit.

Objectifs :

Optimisation de la composition des HDLs, fluoration des composés d'inertes et leur caractérisation. 
Étudier la cyclabilité et les performances électrochimiques des fluorures multimétalliques.
Intégrer ces nouveaux matériaux dans des batteries lithium métal-polymère.

1ère Année

HADDAD Guillaume

Sujet : Propriétés tribologiques des F-Diamanes

Responsables ICCF : Marc DUBOIS (Pr. UCA)

Partenaires : Nadiège NOMEDE-MARTYR et Phillipe BILAS (Université des Antilles)

Financement : ANR-DIAMAT

Contexte : Depuis 2010, le graphène fluoré a été le sujet de nombreux papiers scientifiques dû à sa géométrie et ses propriétés uniques dans divers domaines. Avec une analyse théorique, il a été prouvé que le fluorographène peut exister sous la forme de F-Diamane en phase (C2F)n. C’est un nanomatériau qui a la configuration du diamant avec la stabilité des matériaux fluorés. Ce matériau ultrafin a des propriétés tribologiques similaires aux graphènes en plus de photoluminescence, et serait potentiellement un très bon agent caloporteur couplé à des solvants/solutions spécifiques.

Objectifs :
Synthétiser de F-Diamanes à travers différentes méthodes d’exfoliations
Optimisation de la synthèse du matériau
Caractérisation des F-Diamanes
Analyses tribologiques des F-Diamanes

PELAT Lucas
 

Sujet : Synthèse de composés fluorés inédits : Alliance de la fluoration aux conditions extrêmes de pression et température
Responsables ICCF : Laurent JOUFFRET (CR-HDR) et Kevin LEMOINE (CR)
Financement : UCA (Thèse)

Contexte : Les transitions structurales ou électroniques induites par la pression peuvent révéler de nouvelles propriétés fonctionnelles dans certaines familles de matériaux. L'un des exemples les plus étudiés concerne la transition structurale pérovskite (Pv) 3D vers la post-pérovskite (pPv) 2D (Figure 1), qui se produit pour MgSiO3 dans la région D’’ du manteau terrestre. Cependant, les conditions de pression et de température nécessaires pour atteindre cette modification structurale rendent son étude en laboratoire délicate (125 GPa et 2500 K). Pour surmonter cette difficulté, il a été démontré que les fluoropérovskites NaM2+F3 (M = Co, Fe, Mg, Ni, Zn) constituent les meilleurs composés analogues, la pression de transition étant abaissée d’un facteur 10 par rapport à l’oxyde. Le but de cette thèse est d’étudier des matériaux fluorés métastables obtenus dans des conditions de pression extrême (>1GPa) et d’en extraire des propriétés inédites.

Objectifs :
Une étude préliminaire in situ en cellule à enclume de diamant (DAC) (Figure 2), suivie par spectroscopie Raman ou diffraction des rayons X (DRX), a pour objectif de sonder le comportement sous pression d’un échantillon. En fonction de sa réponse, il est possible d’identifier les conditions optimales afin de stabiliser sa forme haute pression ex situ grâce aux presses à gros volume (multi-enclumes, piston-cylindre), permettant d’étudier finement sa structure et ses propriétés intrinsèques (magnétisme, électrochimie, photocatalyse, etc.). Par la suite, l’objectif est de mener une étude de l’influence de la dimensionnalité et de la structuration du matériau pressé sur les conditions de pression et de température.

Postdoctorants et Non-Permanents

CLAVIER Batiste 

Sujet : Etude de l’hexafluorouranate de nitrosyle (NOUF₆) et ses dérivés
Responsables ICCF : Laurent JOUFFRET (CR-HDR), Marc DUBOIS (Pr. UCA)
Partenaires : Mehdi ARAB et Gaëlle MILANOLE (Orano)
Financement : CNRS - Orano
Durée : 22 mois (04/24 - 12/25)

Contexte : L’hexafluorouranate de nitrosyle NOUF₆ a été découvert à la fin des années 1950. Il fait partie de la famille des « NOUF », actuellement représentée par cinq membres : NOUF₆, NOUF₇, (NO)₂UF₈, NO₂UF₆ et NO₂UF₇.. Seuls deux ont pu faire l’objet d’une caractérisation minutieuse en raison de leur grande réactivité vis-à-vis de l’atmosphère et la nature des agents fluorants utilisés : le fluorure de nitrosyle (FNO) et le fluorure de nitryle (FNO₂), non commerciaux. Ce projet doit permettre la synthèse puis la caractérisation de ces composés dans un environnement hautement contrôlé.

Objectifs : 
Construction d’un banc de fluoration dédié au projet
Synthèse d’oxydes d’azote fluorés (FNOx)
Synthèse des NOUF par voie solide-gaz
Caractérisation des composés sous atmosphère inerte

DUMAZET Alexandra

Sujet : Elaboration de microbatteries – projet BATLAS
Responsables ICCF : Nicolas BATISSE (MCF UCA)
Financement : Clermont Auvergne Métropole
Durée : 18 mois (03/25 - 09/26)

Contexte : L’explosion de l’Internet Of Things (IOT) ces dernières années rend nécessaire le développement de micro-sources d’énergies plus compactes et plus performantes à intégrer dans les circuits électroniques des capteurs. Les systèmes tout-solide (ASSB) utilisés à l’heure actuelle sont limités en performance par la surface réactive disponible et la faible conductivité ionique des électrolytes solides. Le projet BATLAS vise à utiliser un laser femtoseconde pour élaborer des électrodes 3D avec des géométries interdigitées, puis de les intégrer dans des micro-batteries fonctionnelles avec électrolyte liquide.

Objectifs : 
Synthèse de matériaux nanostructurés actifs électrochimiquement
Développement de processus de mise en forme des électrodes par laser (impression 3D, ablation ou photopolymérisation)
Evaluation des performances de différents électrolytes
Mise en forme de batteries complètes et encapsulation
Amélioration des performances du système

PORHIEL Régis

Sujet : Amélioration des performances de fluorures de graphite pour applications spatiales
Responsables ICCF : Katia ARAUJO DA SILVA (Pr. UCA), Marc DUBOIS (Pr. UCA)
Partenaires : Diane DELBEGUE (CNES), Geraldine PALISSAT (ESA)
Financement : CNES - ESA
Durée : 24 mois

Contexte : Les batteries au lithium présentent un intérêt certain pour les applications spatiales, permettant un stockage énergétique de grande densité volumique et massique. Certaines applications (e.g. Lanceurs ou exploration de l’espace lointain) ne requièrent pas de réversibilité, la pile n’étant déchargée qu’une fois. Pour ces applications, les carbones sous-fluorés (CFx, 0<x≤1) sont des matériaux d’électrode particulièrement intéressants, ayant une grande densité énergétique (jusque 2180 Wh kg-1) et une grande stabilité. Ce projet vise à la conception de batteries à base de graphite fluoré et leur validation en conditions « réelles » (de température, sous rayonnement ionisant, ...).

Objectifs : 
Synthèse et caractérisation de graphite fluoré
Optimisation des performances électrochimiques
Fabrication de piles cylindriques (18650) à la SAFT
Tests en condition « réelles » à l’ESA

TEVENOT Quentin

Sujet : Étude thermique des fonctionnalités de surface des noirs de carbone durables
Responsables ICCF : Nicolas BATISSE (MCF-UCA)
Partenaires : Thibaud HERBST, Pierre LAURENT et Émilie PIERRE (Michelin)
Financement : Michelin
Durée : 18 mois (07/24 – 01/26)

Contexte : Le noir de carbone (CB) et le noir de carbone recyclé (rCB) sont deux formes de carbone utilisées dans diverses applications industrielles, mais ils diffèrent par leur qualité, leur pureté, et leurs caractéristiques chimiques et physiques en raison de leurs processus de fabrication respectifs. Les rCBs, produits par pyrolyse de pneu en fin de vie, ne peuvent pas remplacer pleinement les CBs dans des applications nécessitant des performances mécaniques et thermiques optimales. L'incorporation de rCB dans des formulations de gomme peut entraîner une augmentation de la dureté et de la résistance à la traction, mais ces propriétés restent inférieures à celles obtenues avec les CB commerciaux.

Objectifs : 
Comprendre la chimie de surface des rCBs. 
Façonner les fonctionnalités de surface des rCBs par traitement thermique et chimique pour optimiser leur dispersion au sein d’une formulation de gomme.

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