Photocatalyse et Photoconversion

L’équipe Photocatalyse & Photoconversion s’intéresse aux processus catalytiques hétérogènes assistés induits par la lumière, c’est à dire aux réactions induites par des nanomatériaux photoactivables.

Les recherches de l'équipe Photocatalyse & Photoconversion intègrent l’élaboration par voie chimique de photocatalyseurs et la caractérisation de leurs propriétés structurales, opto-électroniques et catalytiques sous illumination. L’expertise de l’équipe couvre une large gamme de semi-conducteurs fonctionnels (TiO₂, g-C₃N₄, ferrites, ZnO, Bi₂O₃, Ga₂O₃, BN, MOF, etc.) et de nanoparticules mono et bimétalliques supportées (Au, Pt, Pd, Ru, Ag, Cu, Ni, etc.), depuis leur synthèse et leur caractérisation à différentes échelles, jusqu’à leur structuration et leur mise en forme macroscopique pour une intégration dans des réacteurs photocatalytiques et photoélectrochimiques.

Afin d’améliorer l’absorption lumineuse, les rendements de photoconversion, et de fait les rendements quantiques des réactions et l’efficacité des procédés, différentes stratégies de synthèse, de modification et de mise en forme des photocatalyseurs sont mises en œuvre :

• Nanostructuration, auto-assemblage et architecturation pour des morphologies optimales (3D, 2D, 1D, 0D).
• Modifications des propriétés physico-chimiques, notamment par fonctionnalisation, dopage, contrôle des interfaces (hétérojonctions métal/semi-conducteurs, métal/métal), mise en œuvre de nanoparticules plasmoniques.
• Synthèses à façon de catalyseurs supportés 
• Elaboration de surfaces fonctionnelles (coatings, textiles) et de média photocatalytiques 3D (mousses alvéolaires)
• Elaboration de supports de photocatalyseurs bio-sourcés

A travers la diversité des matériaux élaborés, des sources lumineuses (solaire, UV-A, visible) et des réacteurs photocatalytiques, différents types de catalyses assistées sont considérés, comme la catalyse induite par le semi-conducteur, la photoélectrocatalyse, la catalyse plasmonique, la catalyse photo-assistée basse température ou la catalyse photothermique.

Les applications catalytiques considérées sont à visée sociétale dans les domaines de la transition énergétique et environnementale, et répondent aux enjeux majeurs du 21^ème siècle que sont la gestion de l’eau et de l’air, la mise en œuvre d'une chimie plus responsable et décarbonée, et le développement d’alternatives renouvelables aux ressources fossiles.

Elles s’articulent autour de la dépollution de l’eau (nanoplastiques, micropolluants, etc.) et de l’air (composés organiques volatils, etc.), la décontamination d’agents neurotoxiques, la production de carburants solaires et de molécules d’intérêt (H₂, CH₄, éthylène, etc.) notamment par photosynthèse artificielle, la chimie de synthèse (H₂O₂, NH₃). Les réactions catalytiques étudiées sont mises en œuvre afin d’en étudier les mécanismes et d’améliorer les performances des matériaux catalytiques développés, mais également d’un point de vue plus applicatif. Pour atteindre ces objectifs, l’équipe est impliquée dans de nombreuses collaborations de recherches nationales et internationales sur ces thématiques et en particulier dans 2 programmes de recherche France 2030 (PEPR H2 et PEPR SPLEEN).

Les offres de stages et d’emploi proposées par notre équipe sont publiées régulièrement dans la rubrique dédiée : Recrutement ICPEES

• Synthèse chimique de semi-conducteurs fonctionnels (oxydes, nitrures, etc.)
• Synthèse chimique de nanoparticules plasmoniques
• Synthèse de nanocomposites (hétérojonctions de semiconducteurs, etc.)
• Méthodes de fonctionnalisation de surfaces macroscopiques
• Développement de catalyseurs supportés (mono et bimétalliques)
• Caractérisations Photoelectrochimiques
• Mesures photocatalytiques (batch et flux, gaz et liquide)
• Mesures thermocatalytiques (batch et flux, gaz et liquide)
• Optimisation de procédés photocatalytiques pour la dépollution

• Influence of Nitridation Conditions on the Doping Sites and Photocatalytic Visible Light Activity of Nb,N Codoped TiO₂

Q. Xi, Papaefthimiou V., N. Le Breton, M. Takashima, V. Keller, B. Vileno, T. Cottineau.

Chemistry of Materials, 36, 2024, 3705-3716

• Rapid Determination of the Optimum Thickness of Doped TiO₂ Nanotubes Layer by Local Photoelectrochemistry and Operando Properties Extraction by Data Modeling

S. Vergne, F. Gelb, V. Keller, T. Cottineau

Solar RRL 8, 2024, 2400156

• Scaling-up the use of macroscopic photo-CWPO La_1-xTi_xFeO₃/SiC alveolar foam catalyst for solar water treatment against micropollutants

P. Garcia-Munoz, A. Abega, A. Hernandez-Zanoletty, D. Robert, S. Malato, N. Keller

Chemical Engineering Journal, 498, 2024, 155750

• H₂ production by formic acid decomposition on ceria-modified Ru/TiO₂ catalysts under dual photonic/thermal excitation

J.M. Montes-Monroy, R. Manzorro, L. Valenzuela, J. Ivanez, J.A. Pérez-Omil, N. Keller

Catalysis Today, 441, 2024, 114852

• Influence and optimization of g-C₃N₄ doping for H₂ production from water under solar light irradiation

L. Hammoud, V. Caps, J. Touffaily, T. Hamieh, V. Keller

International Journal of Hydrogen Energy, 51, 2024, 285

• Investigation of a new modified easy one-step hydrothermal method to synthesize Z-scheme gC₃N₄-TiO₂ compositesfor enhanced photocatalytic mineralization of sodium diclofenac under simulated solar light irradiation.

A. Victoire Abega, C. Marchal, M.-A. Dziurla, D. Robert

Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 456, 2024, 115850

• The role of the gold-platinum interface in the AuPt/TiO₂-catalyzed plasmon-induced reduction of CO₂ with water.

L. Hammoud, C. Strebler, J. Toufaily, T. Hamieh, V. Keller, V. Caps

Faraday Discussions, 242, 2023, 443

• Photocatalytic degradation of polystyrene nanoplastics in water. A methodological study

P. Garcia-Munoz, P.H. Allé, C. Bertoloni, A. Torres, M. Ulagares de la Orden, J. Martínez Urreaga, M.-A. Dziurla, F. Fresno, D. Robert, N. Keller

Journal of Environmental Chemical Engineering, 10, 2022, 108195

• Graphene-supported 2D cobalt oxides for catalytic applications

L. Michel, S. Sall, T. Dintzer, C. Robert, A. Demange, V. Caps

Faraday Discussions, 227, 2021, 259

• Probing the role of atomic defecfs in photocatalytic systems in situ through Photo-Induced enhanced Raman Scattering (PIERS)

D. Glass, R. Quesada-Cabrera, S. Bardey, P. Promdet, R. Sapienza, V. Keller, S.A. Meier, V. Caps, I. P. Parkin, E. Cortés

ACS Energy Letters, 6, 2021, 4273

Collaborations académiques

Nationales

• Biomaterials and Bioengineering (BIOMAT UMR _S 1121 Strasbourg)
• Centre de Recherche sur l'Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CRHEA, UMR 7073, Sofia Antipolis)
• DGA Maîtrise NRBC (ex Centre d’Étude du Bouchet, CEB, Vert-le-Petit)
• Institut Charles Sadron (ICS UPR022 Strasbourg)
• Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCP UMR 6296, Clermont-Ferrand)
• Institut de Chimie de Strasbourg (POMAM, UMR7177, Strasbourg)
• Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB, UMR 5026, Bordeaux)
• Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP, UMR 7285, Poitiers)
• Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO, UMR 8182, Orsay)
• Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC UMR7104 Strasbourg)
• Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS UMR 7104 Strasbourg)
• Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l'Environnement et les Matériaux (IPREM UMR5254, Pau)
• Institut des Sciences du Vivant (JOLIOT, CEA, Saclay)
• Institut des Sciences Moléculaires (ISM, UMR 5255, Bordeaux)
• Institut Français du Pétrole et des Energies Nouvelles (IFPEN, Solaize)
• Institut Fresnel (UMR 7249, Marseille)
• Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC, UPR 8241, Toulouse)
• Laboratoire de Chimie Physique (LCP, UMR 8000, Orsay)
• Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (LPCNO, UMR 5215, Toulouse) 
• Laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (Leesu, Université Paris-Est Créteil)
• Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine (LOMA, UMR 5798, Bordeaux)

Internationales

• Imperial College London (Royaume-Uni)
• Institut National de la Recherche Scientifique, centre Energie Matériaux et Télécommunications (INRS EMT, Varennes, Canada)
• Institute of Catalysis and Petrochemistry (ICP, CSIC, Madrid, Espagne)
• Lodz University of Technology (Lodz, Pologne)
• PlataForma Solar Almeria (PSA, Almeria, Espagne)
• Politechnika Gdanska (Gdansk, Pologne)
• Universidad Politécnica de Madrid (Madrid, Espagne)
• University of Cádiz (Cadiz, Espagne)
• University of Milano-Bicocca (Milano, Italie)
• University of Trento (Trento, Italie)
• Walailak University (Tha Sala, Thailande)

Partenaires industriels

• SEB group, Boyé Technologies, NBC Sys, Hutchinson, NOF Metal Coatings

Anciens Membres au 01/12/2024

2024      ABBADI Meryem – Doctorante

2023      ANAGNOSTOPOULOU Maria – Doctorante (Ingénieure Process, Blackleaf, Strasbourg)

DUFLOT Marie – Doctorante (post-doctorat ICPEES)

HAMMOUD Leila – doctorante (post-doctorat au LPCNO, Toulouse)

JIAMPRASERTBOON Arreerat – Post Doctorante (Lecturer, Walailak University, Thailande)

ROUVIERE Nina – Doctorante (post-doctorat ICS, Strasbourg)

XI Qingyang – Doctorant (R&D pile à combustible, Tech Future, Chine)

2022      ABEGA Aimé – Post doctorant

BRZEZINSKA Magdalena – Doctorante

IVANEZ Javier – Doctorant (Start-up Airplas, Valencia, Espagne)

2021      EL MAROUAZI Hamza - Doctorant

2020      BARDEY Steven – doctorant (Start-up Aerleum)

                GELB Florian – Doctorant (Ingénieur R&D, ACC, Bordeaux)

2019      BAHRAMIAN Ahmad – Post doctorant (UMICORE, Belgique)

                BIAPO Urielle – Doctorante (Responsable R&D, Horiba, Grenoble)

FAVET Thomas – Doctorant (Responsable R&D, Bekeart, Belgique)

GARCIA-MUNOZ Patricia  – Post-doctorante (Associate Prof. Universidad Politécnica de Madrid, Espagne)

GERER Geoffrey - Doctorant

JIMENEZ-CALVO Pablo Isai – Doctorant (Post doctorant, Université de Erlangen-Nürnberg, Allemagne)

2018      ARDEMANI Leandro - Post doctorant

                BARROIS Pauline – Post-doctorante (Ingénieure Brevet, Strasbourg)

                MICHEL Loïc – Ingénieur d’études (Développeur, Crédit Mutuel, Strasbourg)

                MOTAY Marvin – Doctorant/Post-doctorant

                WOJCIECHOWSKA Joanna – Doctorante (Dystar, Frankfurt, Allemagne)

2017      GHISOLFI Alessio – Post-doctorant

HOLTZINGER Claire – Post-doctorante (Responsable projet clinique, Medevise, Strasbourg)

MARIEN Cédric - Doctorant

RICO SANTACRUZ Marisa – Post-doctorante (TDK, Malaga, Espagne)

2016      YAN Yige – Doctorant/Post-doctorant

2015      GONZALEZ-VALLS Irene – Post Doctorante (Responsable qualité, NGNY Devices, Espagne)

PERARD SENGELE Armelle - Doctorante

2014      CHRISTOFORIDIS Konstantinos – Post-doctorant (Maitre de conférences, Democritus University of Thrace, Grèce)

                GROSS Pierre Alexandre – Doctorant (Ingénieur systèmes, Advanced Energy, Etats-Unis)

                OSTOJSKA Kinga - Doctorante

2013      CARRE Gaëlle - Doctorante

MOELLER Janina – Post-doctorante

YAMIN Yas – Doctorante (Lecturer, The University of British Columbia, Canada)

2012      KOUAME AMOIN Natalie – Doctorante

MASSON Romain - Doctorant

2011      ALONSO-TELLEZ - Doctorante

                DONTSOVA Darya - Doctorante

                DOSS Nizar – Post-doctorant

                LAFJAH Mama - Doctorante

                ROEMER Anne – Post-doctorante

2010      ROSSELER Olivier – Doctorant (Saint-Gobain, Boston, E.U.)

ŚWIERCZYNSKI Dariusz – Post-doctorant

WURTZ Nathanaëlle – Ingénieure d’Etude

2009      GRANDCOLAS Matthieu – Doctorant (SINTEF, Oslo, Norvège)

SALEM Ibtissam – Post-doctorante

SHANKAR M.V. – Post-doctorant

TEISSIER Anne - Doctorante

2008      JOSSET Sébastien - Doctorant

2007      KARKMAZ-LEDU Maithaa - Post-doctorante

2005      BOSC Florence – Post-doctorante (Maître de conférences, Institut Européen des Membranes, Montpellier)

2004      BARRAUD Elodie – Post-doctorante