Thèse Synthèse de Catalyseurs Atomiques pour des Piles à Combustible Performantes H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LPCNO - Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets Direction de la thèse : Lise-Marie LACROIX ORCID 0000000333517949 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 Les catalyseurs sont utilisés dans plus de 90 % des procédés chimiques et représentent un secteur mondial de 40 milliards de dollars, avec des applications allant jusqu'aux piles à combustible destinées aux futurs transports aérospatiaux. À l'avenir, des catalyseurs plus efficaces et moins coûteux seront essentiels pour assurer la transition vers une économie de l'hydrogène et des transports durables. Si le platine est le catalyseur le plus actif pour de nombreuses réactions clé pour la production d'énergie, l'un des principaux défis consiste à optimiser le rendement de chaque atome, du fait du coût élevé du platine. Les catalyseurs commerciaux actuels se présentent généralement sous la forme de nanoparticules fixées sur un support. Il est possible d'améliorer les performances du platine en exploitant l'activité catalytique du matériau de support.

Ce projet, qui s'appuie sur nos travaux antérieurs, vise à mettre au point une nouvelle génération de catalyseurs utilisant des supports à base de nanoparticules de nickel, de cobalt et de cobalt-nickel, peu coûteux et abondants dans la nature, qui seront recouverts de faibles quantités de platine. Cela permettra de comprendre, au niveau atomique, comment les interactions cocatalytiques entre les atomes actifs et les atomes du support peuvent améliorer de manière optimale l'activité électrocatalytique, la stabilité et la sélectivité de matériaux catalytiques réels. Nous cherchons notamment à comprendre comment la co-catalyse peut jouer un rôle déterminant dans (i) la rupture et (ii) la formation de liaisons lors de réactions telles que l'évolution d'hydrogène et l'oxydation du méthanol et de l'éthanol. Ces réactions sont au coeur des futures piles à combustible à hydrogène et à alcool.

À l'échelle mondiale, notre équipe bénéficie d'un positionnement unique, grâce à la combinaison de nos compétences en synthèse (chercheurs principaux : Lacroix, Tilley), de la microscopie électronique haute résolution la plus avancée (chercheur principal : Tilley, directeur de l'unité de microscopie électronique à l'UNSW), de nos travaux approfondis sur l'électrocatalyse et la catalyse induite magnétiquement (chercheurs principaux : Tilley et Lacroix) et de notre expertise complète en spectroscopie synchrotron (chercheur principal : Lacroix). Pr. Lacroix et Tilley collaborent et travaillent ensemble depuis plus de 15 ans et ont co-encadré avec succès des doctorants. Ces techniques et cette expérience de collaboration seront mises à profit pour comprendre de nouveaux sites actifs et mettre au point la prochaine génération de catalyseurs hautement efficaces et performants, nécessaires notamment pour les futurs avions.
Les catalyseurs sont utilisés dans plus de 90 % des procédés chimiques et représentent un secteur mondial de 40 milliards de dollars, avec des applications allant jusqu'aux piles à combustible destinées aux futurs transports aérospatiaux. À l'avenir, des catalyseurs plus efficaces et moins coûteux seront essentiels pour assurer la transition vers une économie de l'hydrogène et des transports durables. Si le platine est le catalyseur le plus actif pour de nombreuses réactions clé pour la production d'énergie, l'un des principaux défis consiste à optimiser le rendement de chaque atome, du fait du coût élevé du platine. Les catalyseurs commerciaux actuels se présentent généralement sous la forme de nanoparticules fixées sur un support. Il est possible d'améliorer les performances du platine en exploitant l'activité catalytique du matériau de support.

Catalysts are used in over 90 per cent of chemical processes and represent a global industry worth 40 billion dollars, with applications ranging as far as fuel cells for future aerospace transport. In the future, more efficient and less expensive catalysts will be essential to ensure the transition to a hydrogen economy and sustainable transport. Whilst platinum is the most active catalyst for many key reactions in energy production, one of the main challenges is to optimise the yield of each atom, given the high cost of platinum. Current commercial catalysts generally take the form of nanoparticles supported on a substrate. It is possible to improve the performance of platinum by utilising the catalytic activity of the support material. Développement de nouveaux catalyseurs plus abondants, reposant sur la synergie entre les atomes actifs et les atomes du support en vue de piles à combustibles hautement efficaces

Development of new, more abundant catalysts, based on the synergy between active atoms and support atoms, for highly efficient fuel cells Ce projet, qui s'appuie sur nos travaux antérieurs, vise à mettre au point une nouvelle génération de catalyseurs utilisant des supports à base de nanoparticules de nickel, de cobalt et de cobalt-nickel, peu coûteux et abondants dans la nature, qui seront recouverts de faibles quantités de platine.

This project, which builds on our previous work, aims to develop a new generation of catalysts using supports based on nickel, cobalt and cobalt-nickel nanoparticles - which are inexpensive and abundant in nature - that will be coated with small amounts of platinum.