Électrocatalyse pour une production durable de peroxyde d’hydrogène (H2O2)

La production industrielle actuelle de l’eau oxygénée (H2O2) repose majoritairement sur le procédé à l’anthraquinone, une technologie mature mais énergivore, complexe et fortement émettrice de CO2. Dans un contexte de transition énergétique et de chimie durable, l’électrolyse de l’eau apparait comme une alternative prometteuse, permettant une production couplée d’hydrogène à la cathode et de H2O2 à l’anode, de manière décentralisée, modulable, et potentiellement bas carbone si l’électricité est d’origine renouvelable. Toutefois, cette voie innovante se heurte à un verrou scientifique majeur : l’identification de catalyseurs anodiques à la fois stables, peu coûteux et sélectifs pour la formation de H2O2, face à la réaction concurrente de formation d’oxygène thermodynamiquement favorisée.
Cet enjeu se situe au cœur de cette thèse qui vise à concevoir, comprendre et optimiser de nouveaux électrocatalyseurs sélectifs grâce à une approche rationnelle et multi-technique. En nous appuyant sur des travaux antérieurs, le ou la doctorant(e) synthétisera des nano-matériaux oxydes et hydroxydes métalliques déposés sur un support conducteur (type FTO) avec un travail approfondi sur la mise en forme, l’adhérence et la stabilité des dépôts par le biais de différents traitements de surface (fonctionnalisation chimique, nettoyage par plasma). Le dispositif électrochimique existant sera optimisé afin de maximiser la production d’H2O2 en fonction des conditions opératoires. Les phases actives seront caractérisées par un large éventail de techniques de pointe (DRX, MET, RPE, XPS, XAS, Raman in situ) couplées à des analyses électrochimiques afin d’améliorer la compréhension des propriétés électrocatalytiques résultantes. En parallèle, des approches de modélisation moléculaire quantique (DFT) permettront de calculer des descripteurs chimiques au sein de familles de matériaux synthétisés, afin d’établir des corrélations structure–activité et de rationaliser les performances observées.  
L’objectif final est de faire émerger des catalyseurs performants et durables pour une production électrochimique de H2O2 intégrable dans les futures filières d’électrolyse couplées à l’hydrogène décarboné.
Cette thèse s’inscrit dans le programme scientifique du Laboratoire Commun de Recherche ERACLECE associant IFPEN et le Laboratoire de chimie de l’ENS de Lyon. Le ou la doctorant(e) bénéficiera des expertises complémentaires (synthèse, caractérisation, modélisation) des deux organismes.

Mots-clefs: électrolyse de l’eau, H2O2, catalyseurs oxydes

• Directeur de thèse     Dr. Pascal RAYBAUD, IFPEN. ORCID : 0000-0003-4506-5062 - https://www.ifpenergiesnouvelles.com/page/pascal-raybaud 
• Co-encadrants LCH    Drs. Frédéric Chaput et Frédéric Lerouge, LCH-ENS de Lyon. 
• Co-encadrant IFPEN    Dr. Audrey Bonduelle, ORCID : 0000-0001-8430-0964 - https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/page/audrey-bonduelle 
• Ecole Doctorale    Ecole Doctorale de chimie de Lyon (ED 206), ENS Lyon
• Lieu    IFP Energies nouvelles (Solaize) et ENS de Lyon, France
• Durée     3 ans, démarrage à l’automne 2026
• Employeur    IFP Energies nouvelles
• Qualification    Master 2 en catalyse, chimie physique ou sciences des matériaux, avec des connaissances en électrochimie. Motivation pour la chimie théorique.
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CEFR), motivation pour apprendre le Français

Pour candidater, envoyer une lettre de motivation et un CV aux encadrants ci-dessous :