ANR PRCE NACELL
Development of a membrane-cell for in situ NAP-XPS characterization
Octobre 2022 - Mars 2027
Partenaire IMN du projet : Marie-Paule BESLAND (équipe PCM)
Coordinateur :
Luis CARDENAS (IR -HDR )
Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (IRCELYON)
Partenaires :
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA) [Ecole Centrale de LYON]
CRYOSCAN (issue de l'Institut Jean Lamour)
Personnels IMN impliqués :
Marie-Paule BESLAND (DR CNRS), Valérie BRIEN (CR CNRS), Agnès GRANIER (DR CNRS), Pierre-Yves JOUAN (PR UNIV), Mireille RICHARD-PLOUET (DR CNRS), Clément MAHEU (PostDoc avril-août 2023 puis CR CNRS depuis Oct 2023), Florian CHABANAIS (PostDoc sept 23 à June 24)
Financement total: 407k€ dont 118,5k€ pour l'IMN
L'IMN prévoit d'élaborer des films minces nanostructurés TiOxNy ayant un potentiel redox proche de la gamme du visible. L'Institut a choisi de mettre en place une ingénierie de bandes via des substitutions atomiques sur les réseaux anioniques et/ou cationiques par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD pour Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) ou par pulvérisation cathodique magnétron, technique de dépôt de films minces métalliques (conducteurs) ou céramiques (isolants) utilisant un plasma (MS pour Magnetron Sputtering) afin de fournir au partenaire IRCELyon des matériaux "modèles".
La photocatalyse hétérogène met en jeu des processus chimiques qui donnent accès à une énergie solaire très abondante et renouvelable. Un effort de recherche a été consacré à la conversion de petites molécules telles que H2O, CO2 et N2 en carburants ou produits chimiques. Malheureusement, il existe des lacunes importantes pour obtenir une compréhension fine des mécanismes intervenants sur les sites actifs des catalyseurs. Afin d'y remédier, la technique XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) en milieu ultra-vide (UHV) est beaucoup utilisée pour étudier la phase active en catalyse. Le développement de l'XPS à pression proche de l'ambiante (NAP pour Near Atmospheric Pressure) devrait permettre de combler le fossé entre les performances cinétiques des catalyseurs et les réactions moléculaires dans des conditions in situ.
Dans ce projet, le consortium propose de développer un dispositif de cellule à membrane-2D (figure 1a) qui permettra une étude XPS operando sur des films minces à propriétés photocatalytiques et plasmoniques à base d'oxynitrure de titane (TiOxNy). Ces films seront constitués d'éléments abondants sur terre et, leur seront associées des nanoparticules (NPs) d'or (Au) ou de cuivre (Cu) pour permettre une réduction photocatalytique du CO2 en phase gazeuse. Afin d’atteindre cet objectif, une cellule dédiée sera conçue et réalisée et des protocoles expérimentaux pour effectuer une caractérisation de routine des matériaux photocatalytiques seront également développés.