Préparation et étude de matériaux de type Hydroxyde Double Lamellaire (HDL) pour la photo-électro-catalyse et la purification de l'eau // Preparation and study of Double Lamellar Hydroxide (DLH) materials for photo-(electro-)catalysis and water purificati

L'assainissement de l'eau est l'un des enjeux majeurs de notre société, notamment dans
les zones rurales des pays en voie de développement. La photo-dégradation chimique de
composés polluants permet la purification de notre ressource vitale. Des composés simples tels
que TiO2, ZnO ou BiVO4 ont prouvé leur capacité de transformation chimique, mais l'absorption
de l'énergie solaire est souvent limitée à la gamme des UV, rendant leur efficacité modérée, et
ceux-là sont moins réactifs vis-à-vis de certains polluants compte-tenu de leurs
(micro)structures et propriétés physico-chimiques.
Des composés tels que le talc ou la talcite hydratée, issus de ressources naturelles
abondantes, sont intéressants dans cet objectif de conversion photo-chimique éco-durable. Les
matériaux de type Hydroxyde Double Lamellaire (HDL), à structure lamellaire, proposent une
large variété de compositions chimiques et ont une grande surface spécifique qui leur confère
une accessibilité étendue aux gaz volatils et molécules chimiques problématiques pour notre
Environnement. Ils sont toutefois peu conducteurs de charges, qui permettent la réactivité
chimique, et leur absorbance du spectre solaire doit être élargi dans le but d'un rendement de
conversion accru. Dans ce contexte, la préparation de nano- ou micro-particules de composés de
type HDL à partir d'éléments métalliques courants (FeAl, CuAl, MgFe etc…) ionisés avec des
tailles et morphologies contrôlées, de micro-structures aérées (à l‘aide du freeze-casting, par
exemple) permettant d'augmenter la surface active du matériau, et une conductivité améliorée
sont des objectifs majeurs en vue d'étendre leur utilisation. Des structures hybrides, à base de
HDL et de composés semi-conducteurs absorbants de lumière, constituent aussi une solution
innovante et prometteuse. En outre, la photo-décomposition de l'eau par des matériaux
abondants et durables pour la production d'Hydrogène (sous forme H2) est l'un des enjeux
majeurs pour le développement des technologies qui utilisent ce vecteur énergétique afin de
produire de l'électricité, au travers de piles à combustible utilisées dans des systèmes
stationnaires de notre quotidien ou dans nos moyens de transports (voitures, bus, camions,
trains et avions zéro-émission de demain).
Cette thèse débutera au 1er octobre 2026 et se positionnera dans le domaine de la recherche et
de l'ingénierie des matériaux pour la Conversion et le stockage de l'Energie. Après la synthèse de
poudres, par chimie douce essentiellement, les matériaux seront mis en forme (architectures
microstructurales orientées, films minces sur électrode transparente, pastilles…). Les relations
structures/propriétés physico-chimiques seront étudiées par DRX, MEB, MET, spectroscopies,
mesures électrochimiques… afin d'extraire les plus prometteuses d'entre elles. Leurs
performances photo-(électro-)catalytiques pour la transformation de COVs, la purification de
l'eau et/ou la décomposition de l'eau en vue de produire du dihydrogène seront testées. La thèse
sera réalisée au CIRIMAT, sur le site de l'Université de Toulouse et du campus Paul Sabatier,
dans un environnement scientifique de grande qualité. Cette thèse sera positionnée dans un
contexte énergétique régional très important, notamment en lien avec le Technocampus
Hydrogène Occitanie, et des perspectives nationale et internationale de plus grande ampleur.
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Water contamination is a major global challenge, particularly in rural areas of developing
countries. Photocatalysis offers a promising route for pollutant degradation and water
purification. However, conventional photocatalysts such as Titanium dioxide, Zinc oxide, and
Bismuth vanadate mainly absorb UV light, limiting their efficiency under solar irradiation.
This PhD project aims to develop sustainable photocatalytic materials for water
decontamination based on Layered Double Hydroxides (LDHs). These lamellar materials,
composed of abundant elements (e.g., FeAl, CuAl, MgFe), offer high surface area and
tunable compositions. The work will focus on designing porous and structured LDH
materials, including for instance aerated architectures obtained by freeze-casting, to enhance
pollutant adsorption, light absorption, and charge transport. Hybrid systems combining LDHs
with light-absorbing semiconductors will also be explored.
Materials will be synthesized by soft chemistry, shaped into powders or thin films, and
characterized using XRD, electron microscopy, spectroscopy, and electrochemical methods.
Their performance will be evaluated primarily for water purification and pollutant degradation,
with exploratory studies on solar-driven hydrogen production.
The PhD will be carried out at CIRIMAT, on the campus of Université de Toulouse.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://cirimat.fr/

Enseignement supérieur

Université de Toulouse

482 SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse

Master ou Ingénieur spécialisé en Science des Matériaux ou Chimie. Une expérience en photo-catalyse et/ou électrochimie serait appréciée.
Master's or Engineering degree in Materials Science or Chemistry. Experience in photocatalysis, electrochemistry, or materials synthesis/characterization is desirable.