Electrochimie-Matériaux-Energie

Nanosciences IdF Activité Scientifique - Projet de Recherche

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LECA UMR 7575 CNRS - Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Université Pierre et Marie Curie
Directeur : Daniel LINCOT

Equipe : " Electrochimie -Matériaux- Energie " Responsable du projet : Daniel LINCOT
Personnes concernées : Daniel LINCOT (DR1, Section 14), Thierry PAUPORTE (CR1, Section 14), Michel CASSIR (PR2, section 62), Carlo ADAMO (PR1, section 31), Armelle RINGUEDE (CR1, Section 14), Mireille TURMINE (MDC, section 32), Virginie LAIR (ATER, section 62), 3 doctorants ou post-doctorants

Sections CNRS : 14 section principale, 13 section secondaire

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• Activité scientifique de l'équipe dans le cadre de la synthèse électrochimique de nanomatériaux :
  - couches minces semiconductrices de composés binaires (II-VI) et ternaires (I-III-VI2)
  - couches minces d'oxydes
  - couches minces poreuses par croissance électrochimique limitée par la diffusion
  - couches minces composites
  - microstructures épitaxiales
  - matériaux hybrides inorganique/organique poreux nanostructurés par autoassemblage électrochimique
  
  
• Thématique :
  - Etude des mécanismes de synthèse
  - Relation avec les propriétés morphologiques, électriques, optiques
  - Analyse théorique des interactions surface-solution et des transferts de charge
  
  
• Domaines d'applications associés :
  - cellules photovoltaïques en couches minces pour la conversion de l'énergie solaire
  - piles à combustibles (types : oxydes solides - SOFC et carbonates fondus -MCFC)
  - électrocatalyse photoassistée
  - revêtements électrochromes
  
  
• Principales collaborations en Ile de France :
  - Institut de recherche et de Développement sur l'Energie Photovoltaïque (IRDEP) -UMR 7174 CNRS-EDF-ENSCP en collaboration avec St. Gobain Recherche et l'ADEME, Chatou (78) (J. F. Guillemoles)
  - Université de Versailles -IREM-CNRS (A. Etcheberry) : Matériaux pour la conversion photovoltaïque de l'énergie solaire & piles à combustibles
  - Ecole Supérieure d'Electricité (D. Mencaraglia) : Propriétés électriques de dispositifs photovoltaïques
  - EDF R&D , MMC, Les renardières, caractérisations structurales des matériaux et interfaces, théorie et modélisation
  - UPMC, LISE -UPR CNRS (C. Deslouis), Etudes structurales
  - ESPCI, Laboratoire de Physique des Solides (J. Y. Laval), Microscopie électronique à haute résolution
  - ENSCP-UPMC, LCMC -UMR 7574- nouveaux matériaux pour l'énergie, spectroscopies
  - ENSCP - Physico-Chimie des Surfaces - Etudes des surfaces par XPS.
  

• Projet : " Synthèse électrochimique de nanomatériaux " :
  - Couches minces nanostructurées par autoassemblage électrochimique en présence d'additifs structurants en solution incluant les tensioactifs formant des assemblages moléculaires.
  - Etude des mécanismes et contrôle des caractéristiques morphologiques par la chimie des solutions et les interactions entre différents groupements fonctionnels des additifs, leurs structures avec le matériau en cours de croissance
  - Suivis in situ par spectroscopie d'impédance, photoélectrochimie et microgravimétrie à quartz
  - Couches minces nanostructurées par croissance électrochimique dans des guides solides 2D ( micro-nano patterning du substrat) ou 3D (membranes nanoporeuses)
  - Fonctionnalisation des édifices nanostructurés par ingénierie chimique de surface
  - Modélisation théorique (ab-initio)
  - Réalisation et test de dispositifs prototypes (cellules solaires nanostructurées hybrides inorganiques/organiques à réseaux interpénétrés, interfaces nanostructurées pour piles à combustibles, transistors à matériaux nanostructurés pour capteurs chimiques)
  

• Exemples de résultats marquants dans le domaine des nanomatériaux :
  - Exemple 1 : Réseau de microcolonnes monocrystallines d'oxyde de zinc déposées épitaxialement sur un subtrat monocristallin de nitrure de gallium. Ces structures sont actuellement très étudiées pour les applications en optique intégrée (nanolasers, matériaux photoniques), pour les nouveaux concepts de conversion photovoltaïque à base de nanomatériaux. L'électrodépôt de ZnO nanostructuré a été découvert au LECA en 1995 et breveté. La structure interne des grains est d'excellente qualité cristalline malgré une température de dépôt proche de l'ambiante (cliché de droite)
  
  
  
  - Exemple 2 : Couches minces d'oxyde de zinc nanoporeuse fonctionnalisée par autoassemblage électrochimique en présence de molécules organiques en solution. La matrice de ZnO reste monocristalline (cliché de diffraction inséré à gauche). La structure interne montre un réseau de pores interconnecté créé par un mécanisme de croissance de type fractal impliquant les molécules organiques. Ces couches sont utilisables pour la conversion photovoltaïque, des capteurs ou des dispositifs de commutation optique. Elles pourraient être utilisables pour le stockage électrochimique ou les piles à combustibles.
  
  
  

• Exemples de résultats marquants dans le domaine des nanomatériaux :
  - Master recherche " Chimie et Procédés " (Ecole Centrale Paris, ENSCP, INSTN)
  - Master Pro " Chimie des Energies Décentralisées Embarquées et Renouvelables " CEDER (Université de Versailles, ENSCP, Paris XI)
  - Master recherche ENSCP
  - Master recherche UPMC