Croissance de matériaux bi-dimensionels sur des métaux catalyseurs liquide : études in situ par rayons X synchrotron

par Francesco La Porta

Projet de thèse en Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Sous la direction de Gilles Renaud et de Oleg Konovalov.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec European Synchrotron Radiation Facility (laboratoire) depuis le 21-03-2018 .


  • Résumé

    Le sujet de thèse s'inscrit dans un projet Européen FET-Open d'une durée de quatre ans. Ce projet nommé LMCat (http://lmcat.eu) implique cinq laboratoires européens incluant l'ESRF et le CEA-INAC, dans le but de développer la croissance de matériaux bi-dimensionnels sans défauts à l'aide de métaux catalyseurs à l'état liquide. Les matériaux 2D (2DMs) comme le graphène, le nitrure de bore ou le silicène sont très étudiés à l'heure actuelle car ils ont un grand potentiel technologique. Cependant, le verrou principal en vue de leur utilisation pratique est le développement d'une technique de production de masse qui satisfasse leur demande croissante. L'utilisation de catalyseurs métalliques liquides (LMCats) pourrait conduire au développement d'une technique de production continue de qualité et à une vitesse encore inégalées. Cependant, la connaissance actuelle des propriétés catalytiques des métaux liquide est encore très lacunaire. Il n'existe ni instrument expérimental ni de théorie permettant d'étudier les réactions chimiques sur une surface liquide à haute température et sous atmosphère de gaz réactive. Dans ce projet, un laboratoire central sous la supervision de plusieurs équipes de chercheurs/ingénieurs à travers l'Europe sera établi à l'ESRF afin de développer une instrumentation et une méthodologie adaptés à l'étude des réactions chimiques à l'œuvre sur des catalyseurs liquides, avec pour objectifs le développement de deux axes de recherches : d'une part des études in situ, en particulier à l'aide du rayonnement X synchrotron, de l'activité catalytique des LMCat en général ; d'autre part et de façon plus spécifique, de comprendre les mécanismes de croissance de matériaux 2D sur ces LMCat.

  • Titre traduit

    Formation of two-dimensional materials on liquid metal catalysts: In situ synchrotron X-ray study


  • Résumé

    This PhD thesis research is part of a four-year European FET-Open project called LMCat (http://lmcat.eu/) bringing together five European labs, including the ESRF and the CEA-INAC, to develop the growth of defect-free two-dimensional materials by liquid-metal catalytic routes. Two-dimensional materials (2DMs) such as graphene, hexagonal boron nitride or silicene, are currently amongst the most intensively studied classes of materials that hold great promise for future applications in many technological areas. However, the main hurdle against practical utilization of 2DMs is the lack of effective mass production techniques to satisfy the growing qualitative and quantitative demands of high quality 2DMs for scientific and technological applications. Using liquid metal catalysts (LMCats) bears the prospect of a continuous production of 2DMs with unprecedented quality and production speed. However, the current knowledge about the catalytic properties of LMCats is extremely poor, as they had no technological significance in the past. There are no neither well-established experimental facilities, nor theoretical frameworks to study the ongoing chemical reactions on a molten surface at elevated temperatures and under a reactive gas atmosphere. A central lab under supervision/collaboration of several scientific/engineering teams across Europe will be established at the ESRF to develop an instrumentation/methodology capable of studying the ongoing chemical reactions on the molten catalyst, with the goal to open two new lines of research, namely in situ investigations, especially using synchrotron X-rays, on the catalytic activity of LMCats in general, and unravelling the growth mechanisms of 2DMs on LMCat surfaces in specific. The gained knowledge will be used to establish the first efficient mass production method for 2DMs using the new LMCat technology. This will open up the possibility of exploiting the unique properties of 2DMs on an industrial scale and in every day devices.