Structures électroniques et réactivité de surface de matériaux

ECTS

3.0

Niveau d'étude

Bac +4

Présentation

Etude de la structure électronique et géométrique des matériaux par la théorie des orbitales cristallines et l’étude de la structure et la réactivité de surface monocristallines lors des processus de conversion d’énergie.

Objectifs

Connaissances des matériaux pour la catalyse et l’énergie.

Analyse des propriétés électroniques par la théorie des bandes.

Compréhension du mode de liaison et de l’activation chimique de molécules adsorbés en fonction de l’orientation de la surface cristalline.

La compréhension de la Chimie des Interfaces sur des surfaces modèles sera la question scientifique clé à développer en vue d'identifier certains processus pour stocker et convertir l'énergie avec des systèmes nano structurés adressés dans d’autres modules en catalyse.

Conditions d'admission

Licence de chimie ou diplôme équivalent dans le domaine

Volume horaire

Cours magistral16
Travaux pratiques2
Travaux dirigés7

Syllabus

Cet enseignement comprend deux parties : l’une concerne l’étude théorique de la structure électronique des matériaux, l’autre la compréhension expérimentale de la structure et réactivité de surface mono-, et polycristalline avec processus d’intérêt technologique.    

  1. Une description structurale de matériaux pour la catalyse et l’énergie est présentée (Visualisation graphique assistée). Une classification selon leurs liaisons chimiques et leurs propriétés électriques est proposée. La théorie des orbitales cristallines est alors introduite (bandes, DOS, COOP) pour une rationalisation de leurs structures électroniques. La théorie des bandes est alors appliquée à quelques matériaux types, uni-, bi- et tridimensionnels (ex. polymères organiques et inorganiques isolants et semi-conducteurs, graphène, hydrures, oxydes, sulfures et métaux de transition). Les propriétés structurales et électroniques de surfaces sont décrites, ainsi que les phénomènes de reconstruction de surface. L’adsorption de molécule-sonde telle que CO est étudiée par une analyse orbitalaire des liaisons de surface (modèle Dewar-Chatt-Duncanson) et les données spectroscopiques sont corrélées au mode d’adsorption.

2.  Ces notions théoriques seront confrontées aux données expérimentales acquises en utilisant l’outil électrochimique, - spécifiquement l’électrochimie de surface -, pour aborder la structure et réactivité de surface monocristalline (reconstruction de surface) à l’étude de processus de transfert de charge multiélectronique, e.g. réaction du dégagement d’hydrogène et du dioxygène ; réduction du dioxygène ; utilisation d’une sonde moléculaire de surface par adsorption du monoxyde de carbone, processus qui dépendent fortement de la surface orientée. En outre, avec les notions de la théorie de bandes, la réactivité de semi-conducteurs sera aussi abordée.

Informations complémentaires

Les travaux pratiques proposés aux étudiants dans cette unité d’enseignement se réalisent avec du matériel de recherche essentiellement mis à disposition par le laboratoire IC2MP .

Une séance de TP nécessite un groupe réduit : 12 étudiants Max

Diplômes intégrant cette UE

Composante

Etudiants internationaux

Ouvert aux étudiants en échange
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