Synthèse de nanomatériaux pour la production d'hydrogène dans des systèmes d'électrolyse de l'eau assistée par ammoniaque // Synthesis of nanomaterials for hydrogen production in ammonia-assisted water electrolysis systems

La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau, peu émettrice de GES, est un des leviers d'action pour la décarbonation de notre société. Cependant le coût de l'électrolyse, imposé par la tension de cellule pour la génération d'hydrogène, reste trop élevé pour être compétitif face au vaporeformage du méthane. Cette tension de cellule est liée au potentiel de contre-réaction, classiquement le dégagement d'oxygène (avec un potentiel théorique de 1.23 V). En ajoutant une molécule permettant une contre-réaction à plus bas potentiel, la tension de cellule diminue. L'ammoniaque, avec un potentiel théorique pour la production de diazote de -0,77 V, est une molécule prometteuse pour réduire la tension de cellule. Son utilisation peut permettre l'utilisation de l'eau de mer comme électrolyte. En effet, l'ammoniaque jouerait un rôle de protecteur face aux ions corrosifs présents dans l'eau de mer.
L'objectif de la thèse est de développer différents électro-catalyseurs pour l'oxydation de l'ammoniaque dans un système d'électrolyse d'eau de mer. Ces matériaux seront synthétisés à base d'éléments considérés comme non-critiques par l'Union européenne par la ou le candidat.e recruté.e. Il ou elle devra caractériser ces matériaux par des méthodes physico-chimiques et comprendre les différents mécanismes de l'électro-oxydation de l'ammoniaque à l'interface de ces matériaux en présence d'eau ou d''eau de mer grâce à des méthodes d'analyses électrochimiques in situ ou operando.
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Hydrogen production through water electrolysis, a low-GHG-emitting process, is one of the levers for decarbonizing our society. However, the cost of electrolysis, imposed by the cell voltage for hydrogen generation, remains too high to be competitive with steam reforming of methane. This cell voltage is linked to the counter-reaction potential, typically the release of oxygen (with a theoretical potential of 1.23 V). By adding a molecule that allows for a counter-reaction at a lower potential, the cell voltage decreases. Ammonia, with a theoretical potential for nitrogen production of -0.77 V, is a promising molecule for reducing cell voltage. Its use could enable the use of seawater as an electrolyte. Indeed, ammonia appears to act as a protective agent against the corrosive ions present in seawater.
The objective of this thesis is to develop various electrocatalysts for the oxidation of ammonia in a seawater electrolysis system. These materials will be synthesized by the recruited candidate using elements considered non-critical by the European Union. The candidate will be required to characterize these materials using physicochemical methods and understand the different mechanisms of ammonia electro-oxidation at the interface of these materials in the presence of water or seawater, using in situ or operando electrochemical analysis methods.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'un établissement public Français

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Master 2 en Physique et/ou Chimie
Master 2 in Physic and/or in Chemistry