Contexte:

La conception de matériaux fonctionnels basés sur la chimie des Anions Mixtes a émergé ces dernières années avec plusieurs exemples frappants pour ajuster et/ou améliorer les propriétés dans divers domaines tels que les matériaux optiques non linéaires, le magnétisme, les supraconducteurs, la photocatalyse en lumière visible, etc.   … Dans le contexte du réchauffement climatique, la division photocatalytique de l’eau constitue un moyen simple et prometteur de produire du H ₂ (un carburant durable) à partir de l’eau et de la lumière solaire si des photocatalyseurs appropriés sont développés. Les photocatalyseurs à anions mixtes ont d’abord attiré l’attention avec les oxynitrures car ils sont actifs dans le spectre solaire grâce aux états N 2 p qui réduisent la bande interdite par rapport aux oxydes. Les oxychalcogénures ont récemment montré leur potentiel en tant que candidats alternatifs et stables.

Objectifs:

Dans ce projet, nous explorerons une sélection d’oxychalcogénures en couches pour élaborer et étudier (expérimentalement et théoriquement) de nouveaux photocatalyseurs par substitution anionique et/ou substitution cationique avec un cation simple .   L’activité photocatalytique dans la région visible nécessite un matériau avec une bande interdite < 3,10 eV, qui est facilement accessible dans cette classe de matériaux, et une position appropriée des bords de la bande. Après absorption de la lumière et génération de paires électron-trou, les électrons ou les trous doivent se séparer et migrer vers la surface pour réagir avec H ₂ O pour produire H ₂ et/ou O ₂ , ce processus doit être facilité par la faible dimensionnalité (en couches) et l’environnement anionique mixte (caractère acentrique et champ électrique interne).

Les composés sélectionnés seront caractérisés notamment par diffraction des rayons X (sur poudres et monocristaux) et microscopie électronique après une étape d’optimisation de la synthèse (le recours à des techniques de chimie douce sera privilégié lorsque cela est possible). Des tests photocatalytiques pour la division de l’eau et des caractérisations photoélectrochimiques seront réalisés. Des techniques expérimentales et numériques (simulations DFT) pour caractériser la structure électronique seront utilisées simultanément pour étudier les relations structure-propriétés.