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15 nov. 2016

Offre de stage de Master - Mesure par photoconductivité du nombre de charges photo-induites dans des photocatalyseurs


Mesure par photoconductivité du nombre de charges photo-induites dans des photocatalyseurs

Laboratoire PROMES (PROcédés, Matériaux et Energie Solaire) CNRS, UPR8521

L'équipe PPCM s'est focalisée sur les traitements par plasma pour les applications PV et thermiques et sur la caractérisation de systèmes et de composants semiconducteur. L’activité de recherche de l’équipe SHPE est construite autour de l’utilisation de la ressource solaire pour diverses applications (production et stockage d’énergie, photocatylyse solaire…). Dans le cas d’une application de traitement des eaux,les catalyseurs ne sont capables d’exploiter que la part UV du spectre solaire qui ne représente que 5 - 7% de la part globale, contre 50 % par exemple pour le domaine visible. Actuellement les performances photocatalytiques des semiconducteurs élaborés en laboratoire ou dans l'industrie sont insuffisantes (moins de 1 photon sur 100 donne lieu à la création d’un radical utile pour initier la minéralisation des polluants) et rendent quasi rédhibitoires tout développement à grande échelle du concept de traitement par photocatalyse. Ces performances dépendent de plusieurs paramètres. Le rendement optique du catalyseur est une grandeur clef quiexprime le rapport entre le taux de charges photo-générées et le nombre de photons reçus. Ce rendement des catalyseurs est donc un indicateur pertinent des performances potentielles du système photocatalytique puisqu'ilil informe sur la capacité du matériau à produire des radicaux,initiant la déminéralisation des polluants, selon les photons disponibles et leurs propriétés (densité de flux, plage spectrale etc.)

Notre démarche vise à mettre en œuvre une méthode de mesure des charges photo-induites suite à une excitation lumineuse parfaitement contrôlée.Pour ce faire, on se propose de développer un montage de mesure de photoconductivitéde catalyseurs sous forme de poudres.
Sur le plan de la littérature, le candidat devra identifier les méthodes de mesure existantes et les conditions dans lesquelles elles peuvent effectuées. Un volet traitera également des moyens et outils (modélisation) pour exploiter les données acquises (mesures du nombre de charge) c’est-à-dire : propriétés des photons, résilience de la mesure de charges, corrélation entre la mesure et la production de charges….
Sur le plan expérimental, il s’agira de définir le protocole adapté à la réalisation de mesures de photoconductivité répétables et représentatives des phénomènes observés: configuration de la poudre (compaction, volume), dimension de cellule (taille électrode).
Sur le plan théorique, l'excitation lumineuse de la poudre va induire la création de charges photo-induites (durée de vie variable, etc) mais également un phénomène de dissipation de charges directement lié à la configuration de la poudre (qualité des contacts grain-grain, poudre-électrode). Le travail consistera à exploiter les résultats des mesures obtenus afin d’extraire les informations pertinentes. Le candidat s’appuiera fortement sur la littérature pour la compréhension et l’exploitation des données.
L'enjeu premier de ce travail est de montrer la faisabilité de la mesure de photoconductivité sur des poudres de dioxyde de titane (TiO2)compactées puis d’établir les corrélations entre ces mesures, la production de charges et les conditions de photo-excitation (densité de flux, plage spectrale). L’objectif est de définir le rendement de conversion des photons absorbés incidents en charges photogénérées. Si les essais sont concluants, notre travail s’étendra à des poudres de différentes natures.

Travail à effectuer

  • Développement et optimisation de la méthode de mesure
  • Caractérisation des temps de vie des charges photo-induites
  • Expérimentations et modélisations des résultats sous conditions d’irradiation

Profil adéquat
Le candidat devra afficher des compétences en physique du solide et des compétences pluridisciplinaires en métrologie, matériaux, poudres. Un goût pour le travail expérimental et des acquis en modélisation sont requis.


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