Thèse Transport et Dynamique des Anions et des Molécules d'Eau dans des Matrices Lamellaires de Type les Hydroxydes Doubles Lamellaires Études Multi-Techniques et Modélisations Multi-Échelles. H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université Clermont Auvergne
École doctorale : Sciences Fondamentales
Laboratoire de recherche : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand
Direction de la thèse : CHRISTINE TAVIOT GUEHO ORCID 0000000294682684
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59

La thèse proposée au sein de l'équipe Matériaux Inorganique de l'ICCF dans la thématique HDL sous la direction de Vanessa Prévot et Christine Taviot-Guého .

Les Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL) sont des matériaux constitués de feuillets hydroxydes chargés positivement, séparés par des anions et des molécules d'eau. Ils représentent une famille prometteuse pour la conception de membranes destinées aux piles à combustible, grâce à leur capacité à transporter des ions hydroxyles (OH). Parallèlement, l'intercalation d'anions organiques dans l'espace interlamellaire et les matériaux hybrides résultant sont particulièrement intéressants pour des propriétés de piégeage ou encore de relargage contrôlé.

Cependant, les mécanismes fondamentaux impliqués restent mal compris : nature et organisation des chemins de migration, enthalpie, rôle des réseaux d'hydrogène, influence de la composition cationique, du degré d'hydratation et des défauts structuraux. Cette thèse a pour objectif d'apporter une compréhension approfondie, tant sur le plan structural que dynamique, des processus de transport des ions dans les HDL.

Les travaux de thèse consisteront à étudier l'influence conjointe de la densité de charge des feuillets, de la nature des anions intercalés, de l'état d'hydratation, de la présence de défauts et de la taille des cristallites sur les propriétés d'intercalation et la conduction ionique.
Ils viseront à distinguer les contributions respectives des feuillets hydroxydes, des anions et des réseaux d'eau (intercalaire et physisorbée) aux mécanismes de transport. Une attention particulière sera portée sur la relation entre dynamique protonique locale et transport des ions hydroxyles.
Pour cela, la caractérisation de la dynamique des protons - qu'ils appartiennent aux molécules d'eau, aux groupements OH- ou à des protons mobiles - à l'échelle picoseconde-nanoseconde sera étudiée par Quasi-Elastic Neutron Scattering (QENS), en lien avec des simulations moléculaires (MD) pour interpréter les mécanismes et valider les modèles expérimentaux. Certaines de ces analyses seront réalisées dans le cadre de collaborations avec des scientifiques du laboratoire Phenix (Sorbonne Université/CNRS) et de l'équipe TIM de l'ICCF.

Ce travail apportera des connaissances fondamentales sur les mécanismes de transport des anions, de conduction des OH et la dynamique de l'eau confinée dans les HDL. Cette meilleure compréhension pourra se traduire par des pistes d'amélioration des performances pour la conception de matériaux hybrides fonctionnels et de membranes à base d'HDL, en termes de conductivité et de sélectivité, destinées aux piles à combustible.