Diffraction cohérente pour l'étude des nanostructures vers l'échelle atomique : catalyse et interface – CHARLINE - TERC

La catalyse hétérogène des nanoparticules est récemment apparue comme un moyen très prometteur d'accélérer les processus catalytiques en raison de la surface beaucoup plus élevée des nanoparticules par rapport aux matériaux massifs. Mais les nanoparticules sont confrontées à des défis importants pour atteindre une activité catalytique élevée et une durabilité suffisante. Un problème clé a été que toutes les approches existantes pour la caractérisation des phénomènes à l'échelle atomique dans ces matériaux manquent de spécificité structurale ou peuvent être utilisées dans des environnements catalytiques très irréalistes. A titre d'exemple, l'étude operando par rayons X de la catalyse a souvent été réalisée dans des conditions idéalisées et en faisant une moyenne d'informations à partir de facettes macroscopiques. Cette approche souffre du manque de transfert aux systèmes nanocristallins. Pour résoudre ce problème, mon projet propose de développer de nouvelles techniques in situ de pointe basées sur la diffusion cohérente des rayons X ainsi que des techniques de caractérisation chimique complémentaire, avec lesquelles j'optimiserai simultanément catalyseur et réacteur. C'est l'ambition du projet CHARLINE d'étudier in situ et operando l'évolution structurale des nanoparticules catalytiques dans des conditions réalistes pendant la réaction en utilisant les capacités uniques de l'imagerie cohérente par diffraction de Bragg (CDI). Le travail que je propose se base sur mes récentes expériences de faisabilité utilisant des nanocristaux de Pt qui démontrent la sensibilité et la résolution spatiale de la technique CDI dans des milieux liquides. Comme les instruments dédiés à la technique de diffraction cohérente viennent juste d'être développés, cette nouvelle technique d'imagerie peut seulement être appliquée maintenant pendant la réaction et peut sonder les changements structuraux de nanocristaux individuels dans des conditions où jusqu'à présent aucune autre technique ne pouvait sonder les paramètres pertinents. Mon projet permettra de faire la lumière sur les problèmes non résolus les plus pertinents (durabilité, activité ...) qui limitent l'efficacité des processus industriels actuels et ouvriront de nouveaux horizons avec un impact remarquable dans la recherche catalytique.