Postée il y a 65 jours
Contexte :
L’hydrogène est de plus en plus considéré comme un élément clé dans la transition vers des systèmes énergétiques durables en raison de ses produits de combustion propres et de sa haute densité énergétique (M. R. Usman, Renew. Sustain. Energy Rev. 167, 112743 (2022)). Cependant, le stockage et la production d’hydrogène restent des défis majeurs. L’ammoniac (NH₃) et ses dérivés offrent des perspectives prometteuses en tant que vecteurs d’hydrogène grâce à leur teneur élevée en hydrogène et leur relative facilité de stockage (K. E. Lamb et al., Int. J. Hydrog. Energy. 44, 3580 (2019)). Pour que l’hydrogène puisse être libéré efficacement à partir de ces composés, une compréhension approfondie de leurs voies de décomposition est nécessaire, en particulier lorsqu’ils sont déposés sur des surfaces dans des conditions catalytiques. Les méthodes de modélisation numérique sont essentielles pour analyser ces interactions aux niveaux atomique et moléculaire, permettant ainsi de prédire et d’optimiser les conditions de réaction pour un rendement maximal en hydrogène et une efficacité optimale.
Objectifs:
Ce projet vise à modéliser et étudier comment l’ammoniac s’adsorbent sur différents matériaux de substrat en présence d’un catalyseur. L’adsorption constitue la première étape critique du processus de décomposition, et comprendre la force et la configuration de cette adsorption fournira des indications sur la manière d’améliorer la réactivité de surface et l’efficacité de la libération d’hydrogène. À l’aide de calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), nous explorerons les géométries d’adsorption, calculerons les énergies d’adsorption et analyserons la structure électronique pour comprendre les mécanismes de transfert de charge dans le système. Ces résultats révéleront la force avec laquelle les molécules se lient à la surface, un facteur essentiel pour déterminer leur facilité de décomposition.
Démarche :
Le projet s’appuiera largement sur la DFT pour étudier la structure électronique de l’ammoniac lorsqu’il est adsorbé sur un substrat. En raison de ses propriétés électroniques et de sa stabilité structurelle, le dioxyde de titane (TiO₂) sera étudié afin d’évaluer sa capacité à faciliter les réactions de surface. Pour explorer l’effet d’un catalyseur sur la réduction des barrières énergétiques des réactions de décomposition de l’ammoniac, le projet se concentrera également sur des éléments connus pour leur affinité catalytique avec les molécules contenant de l’azote, à savoir le Ruthénium (Ru) et le Molybdène (Mo). Les principaux résultats des calculs DFT incluront les énergies de liaison, les barrières d’activation et les distributions de charge électronique, qui sont essentielles pour comprendre comment ces molécules interagissent avec la surface.
Résultats attendus :
- État de l’art détaillé
- Analyse et interprétation des résultats de la modélisation ab initio
- Draft sous forme d’article scientifique
- Diplôme Bac+5 (ou équivalent) en physique numérique, physique de la matière condensée ou science des matériaux.
- Une expérience avec les codes de modélisation DFT (VASP, Quantum espresso,…) ainsi qu’en programmation (Python, C, Fortran,…) est préférée.
- Aisance de travail avec l’environnement Linux et une expérience de travail sur les clusters de calcul intensif est un plus.
L’École Centrale Casablanca (ECC), créée en 2013 par le Royaume du Maroc en partenariat avec la France, est une école d’ingénieurs d’excellence qui forme des ingénieurs généralistes polyvalents, futurs cadres et leaders du Maroc et du continent africain.
Le centre de recherche « Systèmes Complexes et Interactions » réunit une communauté dynamique d’enseignants-chercheurs, de chercheurs associés et de doctorants issus de disciplines variées. Ce centre encourage une approche interdisciplinaire pour répondre aux défis académiques et socio-économiques du Maroc et du continent Africain, grâce à des collaborations étroites avec des partenaires industriels et académiques.
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Points importants :
• Lieu : Ecole Centrale Casablanca, Centre de Recherche Systèmes Complexes et Interactions
• Encadrement : Encadrement par des enseignants chercheurs de l’École Centrale Casablanca
• Durée : 6 mois
• Rémunération : 3.000 DHS net / mois
Possibilité de poursuivre en thèse conditionnée par l'excellence du/de la candidat(e).
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