Thèse/Doctorat: Dynamique polaronique de photo-électrocatalyseurs sous excitation chimique et photoniqu

Sujet de thèse :
Financé par la Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires (MITI) du CNRS, ce projet de thèse vise à caractériser quantitativement les porteurs photo-excités dans les photoélectrocatalyseurs de TiO₂ et SrTiO₃, en déterminant leur mobilité polaronique, leur degré de localisation et la durée de vie des états Ti³⁺ intra-gap. Dans ces oxydes, les charges se piègent ou se recombinent avant d'atteindre les sites réactifs, ce qui limite directement l'efficacité photocatalytique. L'enjeu est de distinguer, via la signature Ti³⁺, un polaron mobile d'états piégés constituant des canaux de perte irréversible, et d'identifier les conditions operando qui préservent suffisamment cette mobilité pour permettre une photochimie de surface efficace. L'étude comparative TiO₂ (rutile/anatase) vs SrTiO₃ permet enfin de généraliser les conclusions au-delà d'un seul matériau.
Le projet repose sur des campagnes coordonnées combinant synthèse et spectroscopie multi-échelle. Les matériaux, synthétisés à l'IRCELYON avec contrôle indépendant de la phase, du dopage et des défauts, y seront caractérisés par XPS/UPS en mode statique et sous excitation photonique afin d'établir l'état électronique de référence des surfaces et de suivre son évolution. La spectroscopie THz donnera ensuite accès à la conductivité et à la mobilité des polarons photo-induits. Ces résultats serviront de référence pour les campagnes sur grands instruments : la photoémission résolue en temps (tr-PES) à l'European XFEL (interface solide-liquide) et la diffusion inélastique résonante de rayons X (RIXS) en conditions operando au seuil K du Ti sur la ligne GALAXIES du synchrotron SOLEIL. Les performances photocatalytiques et photoélectrochimiques mesurées sur les mêmes séries de matériaux ancreront directement les observables spectroscopiques aux résultats catalytiques, aboutissant à une méthodologie unifiée qui transforme le signal Ti³⁺ d'une empreinte qualitative en un indicateur quantitatif de mobilité et de durée de vie des porteurs, applicable sous vide, en conditions operando et à l'interface solide-liquide.

Contexte :
Le doctorant sera principalement basé à l'IRCELYON (UMR 5256, CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne), laboratoire d'inscription de la thèse. Il y mènera les activités de synthèse des matériaux, leur caractérisation physicochimique (UV/XPS, THz) ainsi que l'étude de leurs propriétés photocatalytiques et photoélectrochimiques. La thèse sera réalisée sous la direction de Luis Cardenas (IRCELYON, IRL CNRS-EuXFEL) avec le co-encadrement de Mathieu Prévot (IRCELYON) et d'Iyas Ismail (LCPMR).
Le projet comprendra également plusieurs campagnes expérimentales sur des infrastructures de recherche internationales. Des expériences tr-PES seront réalisées à l’European XFEL, tandis que des expériences RIXS seront menées au synchrotron SOLEIL. Le groupe LCPMR bénéficie d’un accès in-house au syn
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