Offre de thèse
Réseaux organométalliques biosourcés pour des électrocatalyseurs carbonés dopés et contrôlables (BINDER)
Date limite de candidature
25-06-2025
Date de début de contrat
01-10-2025
Directeur de thèse
FIERRO Vanessa
Encadrement
Une grande autonomie est laissée au doctorat, en contrepartie de laquelle les directeurs de thèse sont toujours disponibles et joignables à tout moment, week-end inclus, par email, pour répondre à toute question. Il arrive ainsi très fréquemment que plusieurs email soient échangés dans la journée, qui permettent de lever des doutes ou faire des suggestions sans qu'une rencontre physique soit nécessaire. Pour autant, des réunions sont organisés, typiquement à hauteur de 2 par mois, pour examiner les matériaux qui ont été préparés et faire le point sur les mesures et caractérisations correspondantes. Aces occasions, les grands objectifs sont rappelés, à court et moyen terme, ainsi que la nécessité que le doctorant conduise en tâche de fond une recherche bibliographique pertinente et de qualité. Quelques articles sont ainsi lus et commentés ensemble, et à chaque fois nécessaire, la valorisation des résultats abordés.
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 4 - N2EV : 402 - Matériaux bio-sourcéscontexte
Ce projet vise à consolider la collaboration entre le groupe Matériaux Biosourcés (BSM), dirigé par la professeure Vanessa Fierro du CNRS à l'Université de Lorraine (UL), et le groupe de Chimie Analytique et Circulaire (ACC), dirigé par le professeur Wouter Marchal de l'Université de Hasselt (UHasselt ou UH). Cette collaboration a débuté par des échanges en ligne en avril 2023, facilités par l'initiative EURECA-PRO. Fruit de cette collaboration, deux publications ont été soumises : l'une sur la production de mousses carbonées biosourcées, soumise au Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, et l'autre sur le développement d'électrocatalyseurs à base de carbone dopé au phosphore, soumise à Nature Sustainability (voir Section 4 du fichier PDF de la candidature). Les excellents résultats obtenus dans ce dernier travail, utilisant l'acide phytique (PA) comme précurseur catalytique, constituent la base du projet BINDER. Le doctorant recruté grâce aux fonds du projet BINDER sera encadré par la professeure V. Fierro (directrice principale), le Dr S. Cherniak (CPJ au sein du groupe BSM, co-encadrant), et le professeur Wouter Marchal du groupe ACC (co-encadrant à UH). Le projet BINDER bénéficiera de l'expertise du groupe BSM dans le domaine des matériaux carbonés à porosité contrôlée pour les applications électrochimiques, ainsi que de celle du groupe ACC en matière de complexes de coordination métallique, de chimie analytique et de valorisation de la biomasse vers de nouveaux matériaux. Les recherches menées dans le cadre de BINDER sur la transformation de biomolécules et de métaux abondants en électrocatalyseurs efficaces pour la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) auront un impact direct sur les défis stratégiques de l'alliance EURECA-PRO liés à l'ODD 12 « Économie circulaire et gestion durable des ressources naturelles pour des matériaux durables », mais également à la « Transition énergétique et gestion durable de l'énergie ».spécialité
Sciences des Matériauxlaboratoire
IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR
Mots clés
MOFs, carbone, électrocatalyse
Détail de l'offre
La transition vers des technologies énergétiques durables nécessite le développement d'électrocatalyseurs efficaces, peu coûteux et respectueux de l'environnement pour des réactions clés, en particulier la réduction de l'oxygène (ORR), un processus crucial dans les piles à combustible et les batteries métal–air. Dans ce contexte, le projet BINDER vise à concevoir et fabriquer des réseaux organométalliques d'origine biologique comme précurseurs d'électrocatalyseurs carbonés dopés par des hétéroatomes.
En utilisant l'acide phytique (PA), l'acide tannique (TA) et l'acide gallique (GA, une unité monomère de l'acide tannique) comme ressources renouvelables, en combinaison avec des sels de fer, nous proposons une approche innovante pour produire des catalyseurs composites à base de fer via une carbonisation contrôlée. Le PA présente une richesse en fonctions phosphates, idéales pour la coordination métallique et le dopage phosphoré des matrices carbonées. Le TA et le GA, grâce à leurs nombreux groupes phénoliques, facilitent également la complexation du métal et contribuent à la formation de structures poreuses et graphitables. Après traitement thermique, ces assemblages hybrides devraient conduire à des matériaux carbonés dopés au P (et au N), modifiés par le fer, présentant une grande surface spécifique, une porosité ajustable et de nombreux sites actifs – des propriétés essentielles à une haute performance catalytique pour l'ORR.
Cette stratégie s'appuie sur les principes de la chimie verte en utilisant des molécules d'origine végétale, et propose une plateforme évolutive pour la production d'électrocatalyseurs aux propriétés physico-chimiques modulables. Le projet BINDER vise ainsi à la fois des avancées fondamentales en chimie de coordination organométallique et des retombées concrètes pour les technologies de conversion d'énergie renouvelable.
Keywords
MOF, carbon, electrocatalysis
Subject details
The transition toward sustainable energy technologies requires the development of efficient, low-cost, and eco-friendly electrocatalysts for critical reactions, particularly for the oxygen reduction reaction (ORR), a crucial process in fuel cells and metal–air batteries. In this context, the BINDER project aims to design and fabricate bio-derived metal-organic networks as precursors for heteroatom-doped carbon electrocatalysts. Utilizing phytic acid (PA), tannic acid (TA) and gallic acid (GA, a monomeric unit of tannic acid) as renewable feedstock, in combination with iron salts, we propose a novel route to produce iron-based composite catalysts through controlled carbonization. PA offers a rich phosphate functionality, ideal for both metal coordination and phosphorus doping of carbon matrices. TA and GA, with their abundant phenolic groups, facilitate metal binding as well and contribute to the formation of highly porous, graphitizable frameworks. Upon thermal treatment, these hybrid assemblies are expected to yield Fe-modified, P-(and N-) doped carbon materials exhibiting high surface area, tunable porosity, and abundant active sites – properties critical for high catalytic performance in ORR. This strategy leverages green chemistry principles by relying on plant-derived molecules and offers a scalable platform for producing electrocatalysts with tailored physicochemical properties. The BINDER project thus targets both fundamental insight into metal–organic coordination chemistry and practical impact on renewable energy conversion technologies.
Profil du candidat
Le candidat doit être titulaire d'un doctorat, avec une spécialisation en 'matériaux', 'sciences de l'ingénieur', 'énergie' ou 'électrochimie'. Une expérience dans l'étude des matériaux carbonés et/ou des systèmes de stockage de l'énergie sera requise. Une connaissance approfondie, aussi bien théorique qu'expérimentale de la conception de matériaux d'électrodes est un atout pour l'obtention de ce poste. Les autres critères essentiels sont la réactivité, l'autonomie au sein du laboratoire, et la capacité à travailler en équipe et dans un environnement industriel. Une excellente maîtrise de l'anglais est indispensable. Une maîtrise de la langue française sera également grandement appréciée.
Candidate profile
The candidate must hold a PhD, with a specialization in 'materials', 'engineering sciences', 'energy' or 'electrochemistry'. Experience in the study of carbonaceous materials and/or energy storage systems will be required. A thorough theoretical and experimental knowledge of electrode material design is an asset for this position. Other essential criteria for this position are responsiveness, autonomy within the laboratory, and the ability to work in a team and in an industrial environment. An excellent level of English is essential. A good command of French will also be greatly appreciated.
Référence biblio
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