IMAGerie chImique de Nouveaux OXydes pour l’Energie – IMAGINOXE CHEMINOXE

Les piles à membrane polymère à échange de protons (PEMFC) sont une des techniques les plus prometteuses pour une production d'électricité propre et efficace à partir d'hydrogène et d'hydrocarbures. A ce jour, le platine à l'état pur ou en alliage avec d'autres éléments est considéré comme le seul choix possible pour un rendement élevé et stable. En conséquence, la fabrication des piles à combustible serait coûteuse et la production industrielle impossible. Pour cette raison, une diminution substantielle de la charge de Pt et donc la recherche de nouveaux matériaux d'anode à faible coût avec une activité élevée sont nécessaires. Des systèmes à base d’oxyde de cérium dopés au platine ont été rapportés comme étant des catalyseurs actifs pour l'oxydation du CO, la production d'hydrogène, l'oxydation de l'éthanol et la décomposition de méthanol.
L'objectif principal de l’équipe SIOM (Surfaces et interfaces d'oxydes métalliques) de l’ICB (Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, Université de Bourgogne) est la compréhension des mécanismes mis en jeu à la surface des oxydes métalliques en interaction avec un gaz ou un solide. L'obtention de ces matériaux avec des propriétés sur mesure implique la maîtrise totale de leurs conditions de croissance. En outre, la réalisation d'hétérostructures possédant des dimensions de plus en plus petites permet d'obtenir aussi des propriétés spécifiques liées à la taille nanométrique du système. Afin d’étudier ces nouveaux composés de taille nanométrique, la microscopie électronique en transmission (TEM) est un outil précieux, qui peut apporter des informations très précises sur la composition chimique et la structure à l'échelle atomique.
L'objectif de ce projet est d'appliquer et d'optimiser les possibilités de la microscopie électronique en transmission afin d'aller plus loin dans le contrôle de nano-objets très spécifiques comme les systèmes Pt-CeO2 d'un grand intérêt dans les applications de piles à combustible. La compréhension des mécanismes des processus catalytiques sera l'un des objectifs les plus importants du projet, car elle permettra un développement plus efficace des nouveaux systèmes.
L'équipe de recherche sera une équipe de petite taille composée par le chercheur principal et de trois chercheurs qui travaillent sur ce sujet partiellement. L’un d'eux gérera l'élaboration et la réalisation des tests catalytiques des échantillons étudiés. Le coordonnateur du projet aura en charge les expériences de microscopie électronique en transmission. En outre, avec l'aide de la subvention de l'ANR, le coordinateur du projet prévoit de recruter un post-doctorant pour utiliser les nouvelles techniques de TEM que sont les techniques EFTEM (énergie filtrée) et EELS (spectroscopie de perte d’énergie des électrons). Ce travail sera réalisé sous la supervision d'une chercheur MET spécialiste de ces techniques, la simulation des spectres EELS étant réalisée par le dernier chercheur permanent. La recherche sur les PEMFC à base d'oxydes de cérium leur permettra d'élaborer un programme de recherche indépendant, sur un sujet original et à impact potentiel élevé.
Les expériences TEM seront effectuées au sein du centre Arcen (Applications, recherche et caractérisations à l'échelle nanométrique) de l'Université de Bourgogne. L'objectif de ce centre, inauguré en 2009, est de fédérer des instruments d'analyse très performants pour une recherche de haute qualité en physique, chimie et sciences des matériaux. Deux microscopes électroniques en transmission ont été installés en 2009, équipés d'une unité STEM, de spectromètres dispersifs en énergie et d’un système d'imagerie filtrée Gatan. Ce projet de recherche sera l'occasion de développer dans le laboratoire des techniques de microscopie telles que l’imagerie filtrée et la spectroscopie de perte d’énergie des électrons, entièrement nouvelles au sein de l'Université de Bourgogne.