Ingénierie d’hétérostructures ferroélectrique/semi-conducteur pour la production photoélectrochimique d’hydrogène vert

Le stage sera réalisé à l’Unité de Catalyse et de Chimie du Solide – UCCS, UMR CNRS 8181, sur le site de l’Université d’Artois à Lens.

L’étudiant(e) intégrera un environnement de recherche pluridisciplinaire associant élaboration de couches minces, caractérisations structurales, optiques et électriques, microscopies à l’échelle locale et mesures photoélectrochimiques.

Dans le contexte de la transition énergétique, la production d’hydrogène par photoélectrochimie constitue une voie prometteuse pour convertir directement l’énergie solaire en énergie chimique. Ce stage vise à développer des photoélectrodes à base de matériaux ferroélectriques et semi-conducteurs. L’objectif sera d’exploiter les champs électriques internes générés par la polarisation ferroélectrique afin d’améliorer la séparation et le transport des charges photogénérées. Le travail portera sur la fabrication et la caractérisation de couches minces et d’hétérostructures, ainsi que sur l’étude des relations entre leur structure, leurs propriétés ferroélectriques et leurs performances photoélectrochimiques.

L’objectif de ce projet est de développer des hétérostructures ferroélectrique/semi-conducteur sous forme de couches minces afin de : 1) contrôler les champs électriques internes associés à la polarisation ferroélectrique et aux interfaces, 2) comprendre leur influence sur la séparation et le transport des charges photogénérées, et 3) établir les relations entre les conditions d’élaboration, les propriétés des matériaux et les performances photoélectrochimiques.

Dans le cadre du stage, différentes couches minces et hétérostructures seront élaborées par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Plusieurs paramètres pourront être étudiés, notamment l’épaisseur des couches, la pression d’oxygène, les conditions de recuit et l’état de polarisation du matériau ferroélectrique.

Les matériaux obtenus seront caractérisés par diffraction des rayons X, microscopie électronique, spectroscopies Raman, UV-visible et de photoluminescence. Leurs propriétés locales pourront également être étudiées par microscopie à force atomique. Enfin, les photoélectrodes seront évaluées par des mesures photoélectrochimiques telles que le photocourant, la spectroscopie d’impédance et les mesures de Mott-Schottky. Leurs performances pour la production d’hydrogène seront également évaluées en cellule photoélectrochimique (PEC), par quantification de l’H₂ produit sous illumination. Une attention particulière sera portée à l’effet de la polarisation sur le transfert des charges, la production d’hydrogène et la stabilité des performances.

Étudiant(e) en Master 2 dans les domaines de la physique, de la chimie, de la science des matériaux, des nanosciences ou de l’énergie. Le ou la candidate devra être motivé(e) par la recherche expérimentale, rigoureux(se), autonome et intéressé(e) par les matériaux fonctionnels et les technologies de production d’hydrogène vert.