Construction et étude de photocathode pour la production d’hydrogène par dépôt de catalyseur sur surface nanostructurée

Unité de recherche pluridisciplinaire de plus de 300 personnes aux confluents de la physique, de la chimie et de la micro-électronique, l’IM2NP possède un large spectre de compétences qui lui permet de relier de nombreux aspects fondamentaux aux applications dans les domaines des matériaux avancés, de l’électronique intégrée et des nanosciences.

Face à l’urgence climatique, la transition vers des sources d’énergie propres n’est plus une option, mais une nécessité. Parmi les solutions les plus prometteuses, l’hydrogène vert s’impose comme un pilier potentiel du futur énergétique mondial. Mais il faut pour cela être capable de le produire de manière efficace, durable et économiquement viable.

C’est dans ce contexte que l’équipe IRM-PV de l’IM2NP s’est associée aux chimistes du MADIREL pour relever un défi de taille : concevoir une photocathode innovante capable de générer de l’hydrogène à partir de la lumière solaire, en exploitant pleinement l’expertise de ces équipes sur les semi-conducteurs avancés. Les premiers résultats sont déjà très prometteurs.

Au cœur de cette recherche, une question majeure : comment optimiser l’interface entre le semi-conducteur photoactif et la surface catalytique, véritable clé de l’efficacité du dispositif ?

L’objectif de ce stage est de développer une photocathode de nouvelle génération en combinant des dépôts de sulfure de molybdène (MoSₓ) et de TiO₂ nanostructuré sur du silicium.

Le projet consiste donc à mettre au point, caractériser et analyser ces structures hybrides, au croisement de la physique des matériaux, de la chimie des surfaces et de la photoélectrochimie.

L’étudiant ou l’étudiante sera chargé de la fabrication des photocathodes, comprenant le dépôt des couches minces par évaporation (faisceau d’électrons ou sputtering), suivi d’une anodisation réalisée au MADIREL, puis de l’ajout du catalyseur par photoélectrodéposition à l’IM2NP. À chaque étape, une caractérisation physico-chimique sera effectuée, notamment par microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse EDS (MEB-EDS). L’étudiant ou l’étudiante aura également en charge l’analyse détaillée des dépôts à l’aide de différentes techniques (MEB-EDS, XPS, spectroscopie d’impédance) ainsi que l’évaluation des performances photocatalytiques du système à travers la mesure du photocourant et du rendement faradique. Les outils et dispositifs nécessaires sont disponibles dans les deux laboratoires ainsi qu’à la plateforme de microscopie CP2M.

Nous recherchons une personne physico-chimiste des matériaux, motivée par les thématiques liées à l’énergie, et prête à se former aux différentes techniques nécessaires au projet.

Un souhait de poursuite en thèse serait un atout apprécié.