Doctorant (H/F) - Sels alcalins de polyoxométallates luminescents sans lanthanides durables et recyclables pour la détection de l’eau

Les missions du poste

La détection et la quantification de l’eau, sous forme de trace dans les liquides, ou sous forme d’humidité relative (HR) dans l’air, sont essentielles dans de nombreux secteurs d’activité, tels que l’industrie des solvants, le stockage des aliments et des médicaments, l’extension de la durée de vie des batteries lithium-ion et l’amélioration de la qualité de l’air intérieur. Ces dernières années, les détecteurs photoluminescents sont considérés comme une alternative prometteuse aux techniques analytiques traditionnelles, en raison de leur réponse plus rapide, de leur sensibilité plus élevée et de leur capacité de détection en temps réel. Cependant, la conception de nouveaux détecteurs stables, réutilisables et recyclables reste à développer.

Ce projet de thèse vise à étudier le potentiel de nouveaux sels alcalins anhydres photoluminescents à base du polyoxométallate sans lanthanide [SbW6O24]7- (SbW6), pour détecter l’humidité relative dans l’air et l’eau à l’état de traces dans les solvants organiques. Ces matériaux sont élaborés en milieu aqueux, selon des voies de synthèse respectueuses de l’environnement et peu couteuses en énergie. En présence de molécules d’eau, ils se réhydratent rapidement, provoquant une extinction de leur luminescence. La variation du signal lumineux est corrélée à la teneur en eau du milieu, que ces phases détectent avec une sensibilité et une sélectivité élevées. Après usage, les phases anhydres sont régénérables et elles peuvent également être recyclées en une étape dans l’eau.

Des investigations supplémentaires sont nécessaires pour rationaliser la réactivité complexe de ces matériaux vis-à-vis de l’eau et comprendre leur mécanisme de détection. Les objectifs de ce projet de recherche sont :
- d’enrichir cette classe de matériaux, au travers d’une recherche prospective de nouveaux sels alcalins de SbW6, qui varieront selon la nature et le rapport des ions alcalins et leur degré d’hydratation.
- de caractériser, par des méthodes d’analyses structurales avancées et des calculs DFT, les réseaux de liaisons hydrogène impliquant les molécules d’eau et les entités SbW6 et responsables des processus d’extinction de la luminescence.
- d’optimiser les protocoles de recyclage des matériaux.
- de rationaliser les processus d’hydratation/déshydratation de ces composés, en déterminant leurs domaines de stabilité en humidité et en température et en étudiant les cinétiques des conversions de phase.
- de déterminer les propriétés photophysiques (absorption et émission) des phases anhydres seules ou incorporées dans des polymères, afin d’élaborer des dispositifs de détection avec une meilleure applicabilité. Ces études viseront à corréler la composition, la structure et la microstructure des sels avec leurs performances de détection.

Profil recherché : Ce projet de recherche s’adresse à un(e) étudiant(e) diplômé(e) (ou en cours d’obtention du diplôme) d’un M2 (ou équivalent) centré sur l’étude des matériaux et/ou la chimie du solide, extrêmement motivé(e) par la synthèse exploratoire et possédant un goût prononcé pour les sujets transdisciplinaires.

Contexte de travail

Cette thèse fait partie du projet ALPS-Water (ANR-24-CE08-4167), financé par l’Agence Nationale de la Recherche, qui réunit trois laboratoires français : l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN) de Nantes Université et les laboratoires Sciences et Méthodes Séparatives (SMS) et Polymères, Biopolymères, Surfaces (PBS) de l’Université de Rouen.
Le laboratoire d’accueil de ce projet de recherche est l'IMN (UMR 6502, http://www.cnrs-imn.fr) qui est une unité mixte de recherche CNRS - Nantes Université, composée de plus de 200 personnels, dont environ 120 permanents et 80 doctorants et post-doctorants. Le/la doctorant(e) intégrera l’équipe MIOPS (Matériaux Innovants pour l’Optique, le Photovoltaïque et le Stockage), qui possède une expertise de renommée internationale dans le domaine des matériaux photoactifs.

Ce sujet de recherche offre au(à la) candidat(e) l’opportunité d’acquérir des connaissances et un savoir-faire pluridisciplinaires en chimie inorganique, sciences des matériaux, physico-chimie des hydrates, ainsi qu’en caractérisations photophysiques. En outre, Il(elle) aura la possibilité de développer des compétences dans une grande variété de techniques de caractérisation disponibles à l’IMN au travers de la Plateforme Ligérienne d’Analyse de la Structure et de la Surface des MATériaux (PLASSMAT) (https://plassmat.cnrs-imn.fr/) et dans des techniques complémentaires de caractérisation des hydrates, disponibles au SMS.

Enfin, le/la candidat(e) aura l’occasion d’encadrer des stagiaires de master et de présenter ses résultats de recherche lors de congrès nationaux et internationaux.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le/la doctorant(e) effectuera plusieurs séjours de recherche courts au SMS. Des déplacements chez les partenaires du projet pour des réunions d’avancement sont également prévus.
Risques classiques liés à un projet de recherche dans le domaine de la science et de la chimie des matériaux.