Développement de photoréacteurs microfluidiques pour l’évaluation reproductible et quantitative de matériaux photoactifs, couplés à l’analyse en ligne par spectrométrie de masse et chromatographie en phase gazeuse // Development of microfluidic photoreact

La mise au point de matériaux photoactifs performants (catalyseurs, semi-conducteurs, films sensibles) pour la conversion chimique sous irradiation lumineuse nécessite des méthodes d’évaluation à la fois précises, reproductibles et quantitatives. Les approches classiques en batch souffrent de limitations importantes : faible maîtrise du temps de séjour, gradients de température ou de lumière, faible surface spécifique exposée, et reproductibilité variable. Dans ce contexte, les photoréacteurs microfluidiques offrent une alternative prometteuse pour le criblage structuré et l’évaluation fine de matériaux photoactifs, notamment grâce à leur rapport surface/volume élevé, leur contrôle du débit et leur géométrie adaptable à diverses configurations d’irradiation.
Cette thèse, en lien avec le projet SUNRISE du PEPR LUMA, vise à concevoir, fabriquer et caractériser des microréacteurs photoniques spécifiquement adaptés à l’évaluation rigoureuse de matériaux photoactifs. L’objectif est de créer une plateforme capable de générer des données quantitatives et comparables sur les performances et la stabilité de ces matériaux, en conditions bien définies de débit, d’irradiation, et d’environnement réactionnel, puis de les coupler à des techniques analytiques de haut niveau (GC, MS) pour l’identification en ligne des produits générés.
Nous proposons de développer 4 axes au cours de ce projet de thèse : 1) développement, caractérisation et optimisation de la plateforme microfluidique pour la mesure en ligne de liquide et de gaz; 2) Mise en place de protocoles de dépôt des matériaux photoactifs 3) évaluation des performances photochimiques et validation du système avec des échantillons fournis (partenaires de SUNRISE) et sur la dégradation de polluant par photochimie (collaboration avec une thèse en cours au laboratoire) et 4) couplage du réacteur à des méthodes d’analyse en ligne (GC, MS).
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The development of high performance photoactive materials (catalysts, semiconductors, sensitive films) for chemical conversion under light irradiation requires precise, reproducible and quantitative evaluation methods. Conventional batch approaches suffer from major limitations: poor control over residence time, temperature or light gradients, low exposed specific surface area and variable reproducibility. In this context, microfluidic photoreactors offer a promising alternative for structured screening and fine evaluation of photoactive materials, in particular thanks to their high surface/volume ratio, flow control and geometry adaptable to different irradiation configurations.
This work, linked to the PEPR LUMA SUNRISE project, aims to design, fabricate and characterize photonic microreactors specifically adapted to the fine evaluation of photoactive materials. The aim is to create a platform capable of generating quantitative and comparable data on the performance and stability of these materials, under well-defined conditions of throughput, irradiation and reaction environment, and then to couple them to high-level analytical techniques (GC, MS) for on-line identification of the products generated.
We propose to develop 4 axes during this thesis project: 1) development, characterization and optimization of the microfluidic platform for online liquid and gas measurement; 2) implementation of protocols for the deposition of photoactive materials 3) evaluation of photochemical performance and validation of the system with samples provided (SUNRISE partners) and on the degradation of pollutant by photochemistry (collaboration with a thesis in progress at the laboratory) and 4) Coupling of the reactor to online analytical methods (GC, MS).
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Physique et Ingénierie: électrons, photons et sciences du vivant (EOBE)
Directeur de thèse : Malloggi Florent
Organisme : CEA
Laboratoire : DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS
URL : https://iramis.cea.fr/en/nimbe/lions/pisp/florent-malloggi/
URL : https://iramis.cea.fr/en/nimbe/lions/

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie

Microfluidique, science de l’ingénieur, analyse, chimie