De la chimie de surface des nanomatériaux carbonés aux catalyseurs multifonctionnels pour des transformations chimiques durables

Ce mémoire, présenté en vue de l’obtention du diplôme d’Habilitation à Diriger des Recherches, retrace mes travaux sur les matériaux carbonés et à la catalyse hétérogène, depuis le contrôle de la structure et de la chimie de surface des nanocarbones jusqu’à la conception de systèmes catalytiques multifonctionnels. La première partie analyse l’influence de la dimensionnalité, des défauts et de la localisation des hétéroatomes sur la structure et les propriétés des nanotubes de carbone, des nanofeuillets de graphène et des points quantiques de graphène. La deuxième partie porte sur le rôle des supports carbonés et des architectures multi-échelles dans la dispersion des métaux, l’accessibilité, la formation des phases actives et la stabilité des phases actives. La troisième étend cette approche aux catalyseurs bifonctionnels, dont les performances reposent sur le couplage spatial et cinétique de fonctions complémentaires. Ces travaux montrent que le comportement catalytique dépend non seulement de la composition, mais aussi de la localisation, de l’accessibilité, des interactions et de l’évolution des sites actifs. Ces principes constituent aujourd’hui la base de mon programme de recherche sur des électrocatalyseurs carbonés biosourcés exempts de métaux du groupe du platine, pour des conversions chimiques et énergétiques durables. Enfin, ce mémoire présente mon projet scientifique pour les prochaines années à l’Institut Jean Lamour, ainsi que mes activités et perspectives pédagogiques dans le cadre de la Chair Professeur Junior (CPJ) que j’occupe à l’Université de Lorraine.

Ce travail sera soutenu publiquement devant le jury suivant :

• Mme Sylvie BEGIN-COLIN, Professeure, ICPEES UMR 7515, Université de Strasbourg - CNRS (Rapportrice)
• Mme Nathalie JOB, Professeure, Faculté des Sciences appliquées, Université de Liège (Rapportrice)
• M. Nicolas BRUN, Directeur de Recherche au CNRS, ICGM UMR 5253, Université de Montpellier - CNRS (Rapporteur)
• M. Alexander SACHSE, Chargé de Recherche (HDR), IC2MP UMR 7285, Université de Poitiers - CNRS (Examinateur)
• M. Alain CELZARD, Professeur, IJL UMR 7198, Université de Lorraine - CNRS (Examinateur)
• Mme Vanessa FIERRO, Directrice de Recherche au CNRS, IJL UMR 7198, Université de Lorraine - CNRS (Examinatrice, marraine scientifique)

La soutenance sera suivie d’un pot convivial.