Cartographie des potentiels de surface des oxydes métalliques activées catalytiquement utilisés comme des photoanodes // Mapping surface potentials of catalytically activated metal oxide photoanodes

Lors de la photoélectrolyse d’eau, le transfert de charges à l'interface photoanode/électrolyte est déterminé par l'alignement des bandes d'énergie, à la fois côté électrode et côté électrolyte. Le potentiel de surface de l’électrode joue un rôle majeur sur la courbure finale des bandes et par conséquent sur la séparation des charges à l’interface. Aussi appelé potentiel de surface électrochimique, il varie en fonction de l'environnement (vide, air, eau, etc.). L'objectif de cette thèse est d'aborder la réaction d’oxydation de l’eau (OER) à l'interface photoanode/électrolyte en termes de bandes d'énergie et en particulier du point de vue du potentiel de surface électrochimique. Ainsi, au cours de cette thèse, le doctorant caractérisera les potentiels de surface d'une série de photoanodes (oxydes métallique semiconducteurs activées catalytiquement) en contact avec différents environnements (vide, air à humidité variable, eau) et les corrélera à l'activité photoélectrochimique (PEC). L'activité du doctorant s'articulera autour de quatre axes : i) synthèse de photoanodes par voie chimique ; ii) caractérisation de l'activité photoélectrochimique ; iii) caractérisation par microscopie à force atomique (AFM) corrélée à la microscopie à force de Kelvin (KPFM) ; iv) spectromicroscopies de rayons X synchrotron (STXM, XPEEM) et photoémission à pression ambiante (NAP-XPS). L'étudiant sera accueilli au laboratoire SPEC du CEA-Saclay pendant toute la durée de sa thèse. Ses travaux s'inscrivent dans le cadre d'une collaboration de longue date entre SPEC et SOLEIL.
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During photoelectrolysis (or solar water splitting), charge transfer at the photoanode / electrolyte interface is determined by the alignment between energy bands, both at the electrode and electrolyte side. Surface potential of the electrode plays a major role on the final band bending and thus charge separation at the interface. Also called electrochemical surface potential, it varies as a function of material environment (vacuum, air, water, etc.). The objective of this thesis is to address the OER (Oxygen Evolution Reaction) at the photoanode / electrolyte interface in terms of energy bands and in particular from the electrochemical surface potential perspective. Thus, during this thesis the student will characterize surface potentials of a series of catalytically activated metal oxide photoanodes in contact with different environments (vacuum, variable humidity air, water) and correlate it to photoelectrochemical activity. PhD student’s activity will be structured around fours axes: i) synthesis of photoanodes; ii) photoelectrochemical activity characterization; iii) characterization by atomic force microscopy (AFM) correlated with Kelvin force microscopy (KPFM); iv) synchrotron X-ray spectromicroscopies (STXM, XPEEM) and near ambient pressure photoemission (NAP-XPS). The student will be hosted at the SPEC laboratory at CEA-Saclay for the duration of the thesis. His\Her work is part of a long-standing collaboration between SPEC and SOLEIL.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé
Laboratoire : Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes
Date de début souhaitée : 01-09-2026
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : STANESCU Dana
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/SPEC/LNO
URL : https://iramis.cea.fr/en/pisp/dana-stanescu/
URL : https://iramis.cea.fr/spec/lno/
URL : https://www.synchrotron-soleil.fr/fr/lignes-de-lumiere/hermes

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé

physique de semiconducteurs, photoelectrochimie