Synthèse et Caractérisation de nouveaux matériaux pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Synthèse et Caractérisation de nouveaux matériaux pour la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau

Contexte

L’hydrogène est un vecteur énergétique stratégique pouvant remplacer les énergies fossiles utilisées pour la mobilité ou le stockage d’énergie. La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau (Hydrogen Evolution Reaction ou HER) est une voie particulièrement pertinente car elle est décarbonée (si la production d’électricité l’est également), comparativement au procédé de réformage du méthane, largement répandu.

Toutefois, pour diminuer les coûts de production et surtout limiter l’utilisation de matières premières critiques, il est crucial d’identifier de nouvelles phases actives, alternatives au platine utilisé actuellement à la cathode. Le disulfure de molybdène (MoS₂), moins onéreux et plus abondant, est une phase active particulièrement attractive pour le remplacer, notamment en raison de ses propriétés électroniques. Néanmoins, l’activité HER du MoS₂ demeure en deçà de celle du platine. Des gains d’activité sont donc nécessaires. Le MoS₂ se présente sous forme de nano-feuillets (bidimensionnels) dont seuls les sites Mo localisés sur les bords présentant des défauts (ou lacunes) de soufre sont actifs.

Un levier important serait donc de pouvoir générer de nouveaux sites actifs localisés sur le plan basal, plan généralement inerte mais qui a l’avantage de présenter la plus grande surface spécifique de ce matériau

Description

Ce projet vise donc à mettre en œuvre de nouvelles méthodes de préparation permettant de générer de nouveaux sites actifs sur le plan basal de la phase active MoS₂, afin d’obtenir des gains d’activité notables. Tous les matériaux synthétisés seront caractérisés par des techniques avancées, notamment des spectroscopies de type RMN MAS avec molécules sondes et XPS pour identifier et quantifier les sites actifs créés. Certains d'entre eux seront également évalués électro-chimiquement, ce qui permettra l’établissement de relations structures-activités.

Ce stage très complet permettra donc d’appréhender la préparation, la caractérisation et les performances électrochimiques de matériaux novateurs destinés à diminuer le coût de production d’hydrogène décarboné

Profil recherché

Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur en Synthèse de matériau, chimie analytique

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