Doctorant (H/F): Développement d’électrocatalyseurs nanostructurés pour la valorisation des déchets nit

Sujet de thèse :
Ce contrat doctoral s’inscrit dans le cadre du projet BOOOST, financé par l’ANR (2025-2029), qui vise à proposer une nouvelle méthodologie pour les électrodes décorées de nanostructures électrocatalytiquement actives, mais qui présentent également une grande efficacité de diffusion Raman. En effet, bon nombre de candidats électrocatalyseurs validés en configuration préliminaire de trois électrodes sur de très petites surfaces et/ou dans la formulation de l’encre catalytique ne franchissent pas l’étape de validation en électrolyseur, car les méthodes de synthèse sont difficilement transposables à l’échelle pilote.[1] L’idée est donc de partir d’une approche de rétro-ingénierie pour obtenir des électrocatalyseurs directement sur les supports d’électrodes industriels (GDE, GDE), et ainsi éliminer l’étape intermédiaire de préparation des encres catalytiques, afin de lever les verrous persistants dans un environnement d’essais réalistes, sans compromettre la réplicabilité des résultats.

Outre ces aspects de rétro-ingénierie pour guider le développement de nouveaux électrocatalyseurs directement sur des supports GDE de taille modulable (par exemple, de 10 à 100 cm2), compatibles avec les électrolyseurs, le sujet de thèse se situe à la croisée de l’électrocatalyse et des sciences de l’environnement. L’objectif ultime est de mettre au point des systèmes à faible coût permettant la transformation électrocatalytique sélective des nitrates en ammoniac vert. Ce procédé vise principalement à éliminer les nitrates des eaux usées afin d’éviter des problèmes de santé, et secondairement à proposer une alternative au procédé Haber-Bosch actuel, responsable de 1,5 % des émissions mondiales de CO₂ et d’environ 2% de la consommation énergétique mondiale.[2]

Si la stratégie d’électrolyse est une approche élégante alimentée par de l’électricité renouvelable provenant de diverses sources (solaire, éolienne, hydraulique, etc.), le fonctionnement des électrocatalyseurs pour la réaction relativement complexe de réduction des nitrates, transfert couplé de protons et des électrons (NO3RR : NO3– + 6H2O + 8e– → NH3 + 9OH–) n’est pas encore bien compris pour concilier les trois paramètres que sont l’activité, la sélectivité et la stabilité. Par exemple, entre le nitrate et l’ammoniac, l’azote se trouve à ses états d’oxydation extrême, soit N(+V) et N(-III), ce qui implique la possible formation de plusieurs autres composés (NO2–, NO, N2O, NH2OH, N2, etc.). L’objectif fondamental de ce projet de thèse est donc d’obtenir les paramètres de performance (activité, sélectivité, stabilité) qui régissent NO3RR. Nous visons à la fois une conversion efficace à l’échelle macroscopique dans des électrolyseurs et des études mécanistiques grâce à des mesures électrochimiques et Raman operando résolues dans le temps. La stratégie de synthèse reposera pour la plupart sur l’électrodépôt contrôlé de nanostructures métalliques
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