Projets financés

Le projet PHOTONIL vise à développer de nouveaux concepts utilisant des milieux micro et nanostructurés avancés permettant un confinement de la lumière incohérente dédié à la photocatalyse, et compatible avec la structuration à grande surface. Ces deux objectifs seront (1) d'élaborer des nanomotifs de haute précision et spécifiquement conçus à partir de couches de sol-gel de TiO2 sur de larges zones et (2) d'étudier les propriétés des photocatalyseurs fonctionnalisés à l'aide d'une caractérisation optique dédiée de haute précision en relation avec la production H2 photocatalytique de H2.

Le projet TriCOPE (Temperature Resolved Imaging from Coordination Polymers PhotoEmission), est une collaboration entre des physiciens de l’iLM et du LP ENSL, et des chimistes de l’IRCELYON. Son but est de développer une nouvelle méthode de cartographie de température, basée sur le spectre d’émission de polymères de coordination (Metal Organic Chalcogenolates), et de l’appliquer à la mesure du champ de température autour de la propagation d’une fissure dans des matériaux polymères.

Développement d'une cellule multi-pinhole pour la caractérisation XPS in situ (PinCell)
Aujourd'hui, la conception et la synthèse de catalyseurs constituent un défi majeur pour répondre aux enjeux sociétaux et environnementaux. Pour cela, il est nécessaire de comprendre les propriétés fondamentales des catalyseurs au niveau atomique et électronique. Des méthodologies de caractérisation de surface et d'analyse des propriétés électroniques des catalyseurs ont été développées mais toujours loin des conditions réelles de fonctionement, souvent limitées à une caractérisation post-mortem/ante-mortem. PinCell propose l'identification des phases catalytiquement actives dans les conditions de fonctionnement des catalyseurs. Le tout à partir d'une cellule à membrane multi-pinhole destinée à un setup XPS standard dans une approche inspirée de la microscopie électronique environnementale (ETEM-high pressure cell).

Le « Z-project » a pour but de développer des hétérostructures basées sur le principe du "schéma en Z" pour des applications en photocatalyse et notamment pour la photodissociation de l'eau avec une approche transverse entre théorie et expérience. Les matériaux concernés par ce projet sont des structures bidimensionnelles de type van der Waals appartenant à la famille des oxychalcogénures. Dans ce cadre, différentes associations de matériauxseront explorés par DFT et les systèmes les plus prometteurs seront synthétisés et caractérisés en vue de leur utilisation comme photocatalyseurs pour une production à moindre coût d'hydrogène renouvelable.

Les matériaux vitreux mous (MVM) sont omniprésents dans les industries agro-alimentaire, pharmaceutique et pétrolière. Ces solides mous sont constitués d'un assemblage désordonné de sous-unités telles que des particules ou des polymères, dont l'interaction et la fraction volumique contrôlent leurs propriétés viscoélastiques. Un paramètre de contrôle supplémentaire est fourni par le chemin suivi pour fabriquer ou synthétiser les MVMs. En effet, il existe de nombreuses preuves dans la littérature que les MVMs sont très sensibles à l'histoire de l'écoulement, ce qui est généralement perçu comme une limitation pour les applications et soulève des questions fondamentales cruciales quant à la physique mise en jeu lors des interactions écoulement-microstructure. Dans ce projet, nous déterminerons expérimentalement les principes physiques qui régissent l'assemblage assisté par le cisaillement des MVMs et leur impact sur les propriétés viscoélastiques des MVMs. À cette fin, nous utiliserons une combinaison de techniques, notamment la diffusion de la lumière, la nanoindentation et des techniques de rhéométrie de pointe, dont la rhéologie par superposition orthogonale (OSR). Les MVMs étudiés seront constitués de deux types de gels d'intérêt industriel, à savoir (i) les gels qui se forment spontanément en raison des interactions attractives entre leurs constituants et (ii) les gels induits par cisaillement formés par la floculation irréversible de colloïdes via un pontage polymère. L'objectif ultime sera de concevoir des écoulements fonction du temps afin d'utiliser l'histoire du cisaillement comme moyen de contrôler les propriétés mécaniques des MVMs.

Les nanopores sont présents dans le monde biologique où ils assurent différentes fonctions critiques (contrôle de la pression osmotique cellulaire, criblage et remodelage de protéines, signalisation transmembranaire). Ils peuvent aussi être générés à partir de membranes de différents matériaux synthétiques. Ce projet entend suivre la translocation au travers de nanopores de polymères synthétiques afin de développer une plateforme expérimentale originale pour leur caractérisation à l’échelle de la molécule unique.

Développement de méthodes rapides de chimie quantique pour la conversion de la biomasse aux interfaces métal/eau
Les simulations moléculaires décrivent la réactivité aux interfaces solide/liquide de manière très détaillée. Ces interfaces sont particulièrement importantes pour la conversion de la biomasse. Dans Fabio, nous allons développer la DFTB pour décrire les interfaces platine/eau/molécules organiques. La DFTB devrait fournir un bon compromis entre le coût de calcul et la précision par rapport à la théorie fonctionnelle de la densité et aux champs de force, respectivement.

L'objectif principal du projet hexalight est de comprendre les propriétés d’un matériau semiconducteur original et assez peu connu : le (Si)Ge en phase cristallographique hexagonale. Nous voulons démontrer que son efficacité d'émission lumineuse en fait un concurrent sérieux dans le domaine de la photonique silicium. Pour ce faire, nous allons épitaxier du (Si)Ge hexagonal en utilisant des nanofils GaAs wurtzite comme template, étudier les propriétés fondamentales de ce matériau et réaliser un laser dans un nanofil GaAs/(Si)Ge aux longueurs d'onde telecom.

Le projet MASCARA vise à faire l’acquisition d’une expérience de diffusion de rayons X aux petits angles moderne et automatisée pour la caractérisation aux échelles colloïdales (1-500 nm) de nanoparticules ainsi que de leurs assemblages. Cet équipement permettra d’étudier une grande variété de systèmes allant des composites nanoparticules-polymères aux catalyseurs en passant par des nanoplaquettes semi-conductrices avec une grande flexibilité et facilité d’utilisation.

Le but du projet GELLY est de comprendre et de contrôler les mécanismes microscopiques qui gouvernent la transition d’un gel vers un liquide sous l’effet d’un stimulus mécanique ou chimique. Nous construirons un dispositif permettant de soumettre des gels à une irradiation lumineuse, un signal électro-chimique, des ultrasons de puissance ou encore un cisaillement mécanique. Nous visualiserons simultanément la structure microscopique de ces gels par microscopie confocale et nous collecterons des informations à l’échelle moléculaire par spectroscopie.

Le projet EN-CAS a pour objectif d’utiliser le concept d’exsolution redox pour concevoir des nanostructures innovantes de catalyseurs. L’exsolution redox consiste à faire émerger des nanoparticules métalliques depuis le volume d’un oxyde pérovskite jusqu’à sa surface sous l’effet d’une réduction chimique ou électrochimique. Nos recherches se focaliseront sur l’émergence de nanoparticules de Ni dans l’optique de substituer les métaux nobles dans les procédés catalytiques.

 

La fonctionnalisation sélective de liaisons inertes carbone-hydrogène (C-H) représente un challenge majeur dans le domaine de la catalyse. Ce projet interdisciplinaire a pour ambition d’explorer une nouvelle approche pour l’activation sélective de liaisons C-H par les métaux de transition. Nous proposons d’étudier l’influence d’une excitation vibrationnelle sélective d’une liaison C-H, par irradiation à une longueur d’onde spécifique avec un laser infrarouge, sur la sélectivité des processus d’activation C-H par les métaux de transition

 

Le projet OPTO-PYRO cherche à utiliser des optiques non linéaires pour le déclenchement d'événements pyrotechniques. Grâce à une collaboration unique de chimistes et de physiciens, nous introduirons et examinerons un nouveau mécanisme d’activation, par lequel un explosif secondaire est déstabilisé par transfert d'électrons photo-déclenché par absorption multiphotonique (MPA). L’étude mécanistique du processus MPA des matériaux énergétiques et la décomposition sont notre objectif de recherche fondamental. L'utilisation de MPA pour le déclenchement (potentiellement en présence de nanoparticules pour l’exaltation plasmonique) permettrait le remplacement des dispositifs de détonation primaires, en utilisant des matériaux moins sensibles, dépourvus de métaux lourds hautement toxiques.

Un nouveau microscope à force atomique (AFM), capable de réaliser des mesures multiparamétriques à l’échelle nanométrique et en temps réel, via un mode de fonctionnement spécifique appelé « data cube* », s’ajoutera aux équipements du CLYM**. L’objectif ultime du projet POCOYO est de développer des expériences AFM in operando, pour obtenir des « cubes de données » multidimensionnels (mesure sur le même pixel de propriétés mécaniques, électriques, magnétiques, voire relations chimie-structure) en réponse à des stimuli externes.

*Functional Imaging with Higher-Dimensional Electrical Data Sets, P. De Wolf et al., Microscopy Today 26, 18 (2018)
**Consortium Lyon Saint-Etienne de Microscopie (FED 4092), https://www.clym.fr/

Tout cela sera possible grâce au soutien du LABEX iMUST et des partenaires du consortium POCOYO (INL UMR 5270, MATEIS UMR 5510, iLM UMR 5306, IMP UMR 5223, LAMCOS UMR 5259, LGEF EA 682 et la fédération CLYM).

 

Figure. Topographie (en bas), adhésion (centre) et module de raideur (en haut) determinés simultanément sur un film de polyoxide d'éthylène employant le mode PFQNM® avec un microscope Icon Bruker de prêt pour tests (INL, résultats non publiés). Taille de l’image : (1µmx1µm)