Hétérostructures mos₂@cnts comme (photo)électrocatalyseurs pour améliorer la réaction de réduct[...]

Hétérostructures MoS₂@CNTs comme (photo)électrocatalyseurs pour améliorer la réaction de réduction de l'azote en vue d'une production d'ammoniac respectueuse de l'environnement

École polytechnique

Topic description

Les matériaux bidimensionnels présentent des caractéristiques remarquables, telles qu'une grande surface spécifique, une épaisseur atomique et une abondance d'atomes de surface ou de bord. Parmi eux, les dichalcogénures de métaux de transition, en particulier le disulfure de molybdène (MoS₂), suscitent un fort intérêt en raison de leurs propriétés uniques. La création de lacunes en soufre ou de défauts cristallins permet d'augmenter le nombre de centres actifs, améliorant ainsi l'adsorption et la dissociation de N₂. La structure électronique de MoS₂ peut être ajustée par dopage avec des hétéroatomes, tels que le fer, pour optimiser son activité catalytique pour la réduction de l'azote, mimant la nitrogénase naturelle.

Les nanotubes de carbone (CNTs) constituent également des supports prometteurs en raison de leur grande surface spécifique, stabilité chimique et conductivité électrique. En combinant MoS₂ et CNTs, on peut obtenir un électrocatalyseur avec une activité améliorée et une efficacité accrue.

L'objectif est de développer un électrocatalyseur performant pour l'ENRR, en déposant uniformément des feuillets de MoS₂ sur des CNTs. La thèse s'articule autour de trois axes principaux :

1. La synthèse à grande échelle de matériaux hétérostructurés MoS₂@CNTs via une approche ascendante développée en interne.
2. L'étude de l'impact du dopage au fer dans MoS₂ pour favoriser la réduction électrochimique de N₂ dans des conditions douces.
3. L'évaluation des performances électrocatalytiques de ces matériaux dopés et la comparaison des rendements en ammoniac.

Actuellement, la majorité des travaux sont basés sur des simulations DFT, et peu d'études expérimentales ont été réalisées, notamment en raison des défis liés à la fabrication. La méthode développée offre un potentiel pour une mise à l'échelle et la production de matériaux de haute qualité avec des interfaces atomiques propres, clés pour une catalyse efficace.

Début de la thèse : 01/10/2023

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