PostDoctorant (H/F): SIMULATION DE DYNAMIQUE MOLECULAIRE DU PROCESSUS DE CARBON COATING SUR DES PARTICU

Missions :
L’objectif de ce postDoc est la caractérisation et compréhension du phénomène de croissance cristalline de couches de carbon sur nanoparticules, et ce dans des conditions représentatives d’une flamme laminaire. Pour cela, des simulations par dynamique moléculaire seront effectuées afin de déterminer la compétition entre absorption physique des hydrocarbures aromatiques polycycliques et de croissance chimique en surface d’espèces C1-C4. Les conditions thermodynamiques initiales seront définies à partir de résultats de simulations CFD obtenus pour des flammes etudiées au laboratoire EM2C.

Activités :
Les différentes tâches sont :
• Analyse de la littérature scientifique.
• Introduction à la méthode de simulation par dynamique moléculaire
• Simulation d’une particule de TiO2.
• Identification des mécanismes principaux de croissance des couches de carbon.
• Études paramétriques des conditions locales afin d’établir des lois macroscopiques à intégrer dans les codes CFD.

Contexte de travail :
La création de nouveaux matériaux à partir d’oxydes métalliques, tels que le dioxyde de titane (TiO2), constitue un marché en croissance avec des applications dans les secteurs du transport, de la construction, de l'énergie et des communications. En particulier, les nanoparticules (NP) cœur-coquille d'oxyde métallique (MO) revêtues de carbone (MO@C), sont d'un intérêt considérable pour leur efficacité photo-catalytique et leurs propriétés de stockage d'énergie en combinant les avantages des oxydes métalliques (bonne activité photocatalytique UV, faible coût) avec ceux du carbon (séparation améliorée des porteurs de charge, faible résistance au transfert de charge). Par exemple, les nanoparticules de TiO2 sont largement utilisées comme photocatalyseurs. Pour le TiO2, l'activité de photodégradation n'est observée que dans le domaine de l'ultraviolet, c'est-à-dire pour environ 5 % seulement de l'énergie solaire totale. Une couche de carbone peut alors être ajoutée à la particule pour activer le photocatalyseur sous la lumière visible, soit ≈ 46% de l'énergie solaire totale. Cependant, la présence de l'enveloppe de carbone doit être optimisée, car une couche de carbone trop épaisse peut bloquer la lumière et empêcher le réactif d'accéder au cœur de l'oxyde métallique, réduisant ainsi de façon drastique l'effet photocatalytique. Ainsi, notre capacité à utiliser des flammes pour la fabrication de MO@C avec des caractéristiques bien définies (morphologie, structure cristalline, taille du cœur d'oxyde métallique, épaisseur de la couche d'enveloppe de carbone) est la clé de l'accès à des technologies de pointe. Ce travail participera à l’effort de l'équipe ‘Physiques de transferts’ du laboratoire EM2C dans le développement d’une stratégie numérique pour la prédiction de la production de particules MO@C via des flammes pour la création des matériaux innovants.