ElectroCatalyse et diffraction de Rayons x IN situ sur Surfaces bien-définies – ECRINS

Nous voulons maîtriser la diffraction de rayons X utilisée in situ en milieu électrochimique sur surfaces bien définies. Nous espérons, par l'application de cette méthode à la croisée de la physique et de la chimie, et en conjonction avec l'émergence des sources synchrotron de rayons X de troisième génération, progresser dans la compréhension des phénomènes physico-chimiques intervenant sur l'électrode pour les problèmes d'électrocatalyse. Qu'il s'agisse des piles à combustible ou de procédés d'électrosynthèse, l'électrode ne doit pas être vue comme un matériau figé. Selon le potentiel, sa surface peut subir des reconstructions. Les distances entre plans atomiques peuvent varier. Enfin, dans le cadre de catalyseurs bimétalliques, des phénomènes d'interdiffusion peuvent conduire à la formation d'alliages de surface. Ces phénomènes peuvent avoir des conséquences importantes sur l'activité catalytique. Nous souhaitons les analyser plus en détail à l'aide de la diffraction de rayon X. Notre projet découle de cet objectif. Les études seront réalisées in situ pour observer les électrodes dans leurs conditions de fonctionnement réel. Les expériences à mettre en oeuvre sont complexes et nécessitent une réalisation minutieuse à tous les niveaux. La préparation des échantillons sera elle-même réalisée par voie électrochimique par dépôt d'un métal sur une électrode monocristalline de nature différente. La qualité des dépôts sera contrôlée et optimisée par microscopie à effet tunnel. Des cellules électrochimiques spécifiques seront ensuite développées pour réaliser les mesures de diffraction de rayon X in situ. Seul le recours à des sources de rayons X de haute brillance que constituent les synchrotrons (ESRF à Grenoble puis SOLEIL à Saclay) permettra d'avoir une sensibilité suffisante pour détecter les modifications de surface. Le premier système modèle avec lequel nous travaillerons est basé sur l'insertion d'hydrogène dans les dépôts en sous-tension de Pd sur Pt(111). Notre second système modèle concerne les dépôts de Ni sur Pt(110) et s'attachera à démontrer les conséquences de l'adsorption du monoxyde de carbone sur les atomes proches de la surface. Enfin, notre troisième système modèle concerne le système Pt(111)/Au (une à deux couches atomiques d'or). Ce système présente de multiples reconstructions qui n'ont pas été complètement caractérisées et dont nous ignorons les effets en volume. Enfin, avec les dépôts de Pd sur Au(111), nous étudierons les problèmes de formations d'alliages de surface. Après les campagnes de mesure, l'analyse des données constituera aussi une part importante du travail. Ce projet s'inscrit dans un contexte général d'émergence d'une thématique d'Electrocatalyse Fondamentale au sein du LEPMI à Grenoble. Ce groupe devra maîtriser quelques techniques de haut niveau reconnues internationalement. Il s'intégrera alors plus facilement à de futurs réseaux européens et dans des collaborations à l'échelle mondiale. La diffraction X de surface in situ en électrochimie sur monocristaux sera dès lors une de ses techniques phares.