Offre de thèse
Formation et réactivité des matériaux d'imogolite
Date limite de candidature
30-04-2025
Date de début de contrat
01-10-2025
Directeur de thèse
PASTORE Mariachiara
Encadrement
Encadrement de la thèse en co-direction : Mariachiara Pastore (50%), Dominika Lesnicki (50%) Réunions régulières pour suivre l'avancée des recherches et discuter des résultats et des objectifs à court terme. Compte rendu régulier de l'avancée des travaux (rapports et présentations). Suivi des différentes formations et de la rédaction.
Type de contrat
école doctorale
équipe
contexte
Contexte de travail : Les études du LPCT couvrent un large éventail de sujets, de la dynamique à l'équilibre et hors équilibre des systèmes complexes - un enjeu majeur de la physique et de la chimie contemporaines. Le LPCT est un laboratoire d'égalité des chances avec un environnement de travail promouvant activement l'égalité, la diversité et l'inclusion.spécialité
Chimielaboratoire
LPCT - Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques
Mots clés
Physique statistique, physico-chimie, dynamique moléculaire, interfaces solide/liquide, nanoconfinement
Détail de l'offre
L'imogolite est un nanominéral tubulaire de la famille des aluminosilicates, dont les surfaces externe et interne présentent des propriétés contrastées et ajustables. Une fois modifiés, ces nanotubes peuvent héberger diverses molécules dans leur cavité interne et servir de nanoréacteurs. Les nanotubes d'imogolite se forment par l'assemblage d'oligomères d'aluminosilicate possédant la même structure locale, souvent appelés proto-imogolites. Ces oligomères présentent une courbure dépendante de leur taille et s'auto-assemblent en tubes ou en sphères. Une expression analytique a été proposée en prenant en compte la tension de surface asymétrique sur un matériau mince et flexible afin de modéliser le repliement. Cependant, ce modèle macroscopique, basé sur une approche nanomécanique, ne capture pas les détails moléculaires et ne permet pas d'identifier le rôle du solvant dans le repliement des proto-imogolites. En revanche, des études expérimentales ont montré que le solvant, la nature des contre-ions et le pH semblent jouer un rôle déterminant dans le type de repliement et la géométrie des imogolites.
Afin de mieux comprendre, à l'échelle moléculaire, l'impact du solvant, les simulations de dynamique moléculaire sont largement utilisées. Elles reposent sur une description rigoureuse des interactions microscopiques, permettant des calculs précis des propriétés structurales et dynamiques, et offrent une grande polyvalence pour l'étude des systèmes complexes. En effet, plusieurs études basées sur des simulations de dynamique moléculaire classique ont démontré la variabilité des propriétés de solvatation, notamment de l'eau pure, entre les surfaces interne et externe des nanotubes d'imogolite. À une échelle plus large, des simulations mesoscopiques de l'agrégation des imogolites ont été menées. Toutefois, un lien manque entre les descriptions microscopique et mésoscopique du repliement, et combler cet écart est essentiel pour prédire et contrôler la formation des matériaux à base d'imogolite.
Le projet doctoral vise à développer un modèle microscopique des modes de repliement des imogolites basé sur les informations extraites des simulations de dynamique moléculaire. Ce projet s'appuiera sur des simulations moléculaires à l'échelle microscopique, en collaboration avec le laboratoire LIONS du CEA à Saclay, expert en synthèse et caractérisation des imogolites, afin de comprendre le rôle du solvant dans le repliement des proto-imogolites et d'explorer la réactivité à l'interface solide/liquide sous confinement.
Keywords
Statistical physics, physical chemistry, molecular dynamics, solid/liquid interfaces, nanoconfinement
Subject details
Imogolite is a tubular nanomineral from the aluminosilicate family, with external and internal surfaces exhibiting contrasting and adjustable properties. Once modified, these nanotubes can host various molecules in their internal cavity and serve as nanoreactors, enabling significant confinement effects. Imogolite nanotubes are formed from the assembly of aluminosilicate oligomers with the same local structure, often referred to as proto-imogolite. These oligomers exhibit size-dependent curvature and self-assemble into either tubes or spheres. An analytical expression has been proposed, considering asymmetric surface tension on a flexible thin material to model the folding. However, this macroscopic model, based on a nanomechanical approach, does not capture molecular details and cannot identify the role of the solvent in the folding of proto-imogolites. In contrast, experimental work has shown that the solvent, the nature of the counterions, and the pH seem to play a determining role in the type of folding and the geometry of imogolites. To gain a molecular understanding of the solvent's impact, molecular dynamics simulations are widely used. They rely on a rigorous description of microscopic interactions, leading to accurate calculations of structural and dynamical properties, and offer powerful versatility in investigating complex systems. Indeed, a number of studies based on classical molecular dynamics simulations have demonstrated the variability of solvation properties, particularly of pure water, between the inner and outer surfaces of imogolite nanotubes. On a larger scale, mesoscale simulations of imogolite aggregation have been studied. A link is missing between the microscopic and mesoscopic pictures to model the folding, and bridging this gap is crucial for predicting and controlling the formation of imogolite materials. The project will rely on molecular simulations at the microscopic scale in collaboration with the LIONS laboratory at CEA in Saclay, an expert in the synthesis and characterization of imogolites, to understand the role of the solvent in proto-imogolite folding and to investigate reactivity at solid/liquid interface under confinement.
Profil du candidat
Master 2 ou equivalent en chimie, science des matériaux ou physique.
Documents de candidature :
- CV à jour.
- Résultats de M1 et de M2 (1er semestre) ou des années 4 et 5 d'école d'ingénieur.
- Lettre de candidature qui explique l'adéquation de votre profil et votre motivation pour le sujet.
- Lettres de recommandation.
Candidate profile
Master 2 student or equivalent in chemistry, material science or physics.
Application package:
- CV up to date.
- Academic transcript including your grades in Master 1 and Master 2 (or years 4 and 5).
- Application letter explaining the match between your profile and the research subject, as well as your motivation.
- Recommendation letters.
Référence biblio
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