Synthèse de nitrures de fer nanostructurés: études in operando et in silico pour le contrôle de phase à l'échelle du laboratoire – INSITU

Le projet INSITU vise à identifier les conditions de synthèse menant à des nitrures de fer nanostructurés de composition et structure bien définis. En effet, selon leur composition et structure, ces nanomatériaux ne comportant aucun élément critique, coûteux ou toxique, présentent un fort intérêt comme brique de base dans le développement de batteries, d’électrocatalyseurs pour piles à combustible ou pour la production d’hydrogène, ou d’aimants (d’anisotropie ajustable) respectueux de l’environnement. Le procédé original fait appel à la nitruration de nanoparticules de fer zerovalent bien calibrées par l’ammoniac (dilué dans l’argon). Le processus de nitruration des nanoparticules de fer zérovalent sera étudié à l'échelle de la particule unique, tant d’un point de vue expérimental in operando par microscopie électronique en transmission, que d’un point de vue théorique. Une attention particulière sera portée aux intermédiaires de synthèse (différentes phases nitrures et espèces gazeuses formées) et à l’homogénéité des nanoparticules finales. Sur la base de la confrontation des résultats, le transfert de ces connaissances pour la production de nitrures de fer nanostructurés à l'échelle macroscopique sera alors mis en œuvre, et les propriétés des matériaux évaluées. Ce projet s'appuie sur un partenariat entre quatre laboratoires aux compétences complémentaires : synthèse de nanomatériaux (LCC-Toulouse), études structurales (MPQ-Paris), modélisation (LPCNO-Toulouse) et étude de propriétés magnétiques (CEMES-Toulouse), et sur de premiers résultats issus d’une collaboration entre le LCC et le CEMES concernant la formation d’une première phase nitrure : epsilon-Fe2N.