Offre de thèse — Catalyseurs Homogènes Bifonctionnels pour la Transformation Durable Des Petites Molécu

Sujet de thèse :
La planète souffre d'une crise énergétique qui peut être atténuée si des mesures appropriées sont prises pour réduire notre empreinte. Ce projet permettra de développer une compréhension approfondie de la manière dont différents ligands peuvent être utilisés pour obtenir de nouvelles réactivité et sélectivité dans le domaine de la transformation catalytique des petites molécules azotées, de diazote (N₂) et d'ammoniac (NH₃). La génération de NH₃ à partir de N₂ est l'une des transformations chimiques les plus importantes, assurant une croissance soutenue grâce à la production d'engrais. Néanmoins, en raison de hautes température et pression de fonctionnement, cette réaction « simple » représente plus de 1 à 2 % de notre consommation annuelle d'énergie, libérant des gigatonnes de CO₂ chaque année. Au-delà de l'utilisation des engrais, le NH₃ peut aussi être utilisé comme carburant non carboné ainsi que comme porteur d'hydrogène. Pour de futures centrales miniaturisées, délocalisées et approvisionnées par des énergies renouvelables et réduisant le N₂ en NH₃ ou extraient l'hydrogène du NH₃, les catalyseurs homogènes offrent modularité, facilité d'investigation et des cinétiques inégalable. Cependant, en raison de la complexité mécanistique de ces transformations, le développement de telles technologies pose un défi fondamental considérable pour les chimistes, allant de la catalyse moléculaire, de l'électrochimie et de la chimie théorique jusqu'au développement des procédés.
Le projet consistera en le développement de plateformes organométalliques basées sur un métal durable, non toxique et abondant, le manganèse (Mn). Sa capacité à stabiliser un grand nombre d'états d'oxydation sera déterminante pour étudier les processus multi-électrons et multi-protons tels que la réduction de N₂ et son procédé inverse, l'oxydation du NH₃. Les candidats catalyseurs seront préparés en combinant des ligands modulaires et fortement donneurs incorporant phosphine et carbènes N-hétérocycliques (P-NHC) et des précurseurs de manganèse à géométrie tabouret de piano. Ces complexes seront examinés pour leur capacité à coordonner N₂ et NH₃ et à promouvoir des transformations catalytiques dans la sphère de coordination de Mn (voir figure). Une partie importante de la thèse de doctorat sera consacrée à la compréhension des mécanismes de ces processus, actuellement sans précédents pour Mn. Cela se fera en collaboration avec des chimistes théoriciens et des spécialistes de l'électrocatalyse moléculaire, l'objectif ultime étant le développement d'un procédé électrifié.
Contexte :
Le doctorat sera principalement effectué au Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC, http://www.lcc-toulouse.fr/), l'un des principaux instituts de chimie français. Nous disposons de plateformes techniques et analytiques de pointe pour soutenir le projet (par exemple, RMN, RPE, diffraction RX, électrochimie...). Avec un environnement
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