Les rayons X au service de la photocatalyse au Synchrotron SOLEIL
Une plateforme LUMA au synchrotron SOLEIL pour étudier les phénomènes photocatalytiques ou photoélectrocatalytique par spectroscopies de rayons X.
Parmi les plateformes OPERANDO de LUMA, le synchrotron SOLEIL permet de coupler la mise point de réacteurs photocatalytiques ou photoélectrocatalytiques aux spectroscopies de rayons X. De nombreux dispositifs expérimentaux ont été mis au point à SOLEIL pour l’étude de catalyseurs en conditions operando : catalyse hétérogène en phase gaz ou liquide, catalyse homogène et électrocatalyse, avec pour objectif de comprendre la structure et le comportement des catalyseurs en fonctionnement.
Le 13 juin 2025, le Comité Infrastructures du PEPR LUMA a visité la plateforme LUMA du Synchrotron SOLEIL, accueillis par Jean Susini (Directeur Général de SOLEIL), Amina Taleb et Eva Pereiro (Directrices Scientifiques), Antony Beauvois (scientifique sur la ligne ROCK et responsable de la plateforme LUMA à SOLEIL) et Pascale Roy (responsable de la ligne AILES et responsable d’action du PEPR LUMA auprès de l’ANR).
Une cellule liquide pour l’étude sous vide de catalyseurs en fonctionnement a été développée sur la ligne LUCIA, et plusieurs autres lignes de lumière intégrées aux infrastructures LUMA, notamment ROCK, SAMBA et HERMES, sont dédiées à des techniques complémentaires de caractérisation spectroscopique.
- Ligne de lumière ROCK
La ligne de lumière ROCK est une ligne de spectroscopie d’absorption X dédiée à l’étude des processus cinétiques rapides (de l’ordre de la seconde) sur des nanomatériaux utilisés principalement dans le domaine de la catalyse et des batteries. Le but est de contribuer au développement de catalyseurs et de batteries plus performants pour des applications dans la production et le stockage de l’énergie.
Gamme d’énergie : 4.5 – 40 keV
Taille du faisceau : 350 µm – 4.9 mm (H), 79 µm – 2.2 mm (V)
Techniques Quick-XAS (XANES et EXAFS résolus en temps)
Environnement échantillon : environnement catalyse (fours, rack distribution gaz, spectromètre de masse), cellules électrochimiques régulées en température, multipotentiostat, spectromètres Raman et UV-visible
- Ligne de lumière SAMBA
SAMBA est une ligne d’absorption dans le domaine des rayons X « durs ». Elle est ouverte a une vaste communauté scientifique qui va de la physique à la chimie, les sciences des surfaces et de l’environnement. La ligne est optimisée pour être très versatile avec un flux de photons élevé, une stabilité et une résolution optimale. Un détecteur HPGe 35 pixels est disponible pour des mesures sur des espèces hautement diluées.
Gamme d’énergie : 4.8 – 40 keV
Taille du faisceau : 200×300 µm (VxH)
Techniques : XANES, EXAFS
Environnement échantillon : environnement catalyse (fours, rack distribution gaz), cellules électrochimiques, potentiostat, cryostat (N2/He)
- Ligne de lumière LUCIA
La ligne LUCIA est dédiée aux expériences de micro-absorption X (μXAS) et de micro-fluorescence X (μXRF) dans le domaine des rayons X dits « tendres ». Ces techniques sont utilisées pour la cartographie élémentaire d’échantillons hétérogènes à l’échelle de quelques microns, ainsi que l’étude de l’environnement local des éléments observés. Elle permet de sonder le seuil K des éléments allant du sodium au fer et le seuil L du nickel au gadolinium.
Gamme d’énergie : 0.8 – 8 keV
Taille du faisceau : macrofaisceau : 2×2 mm, microfaisceau : 3×3 µm
Techniques : XANES, EXAFS, µXRF, µXAS
Environnement échantillon : fours, cryostat (N2/He), cellules liquides et électrochimiques, potentiostat (enceinte dédiée), environnement pour la science des surfaces (enceinte dédiée)
- Ligne de lumière HERMES
HERMES est une ligne dédiée à la microscopie X dans la gamme des rayons X « mous ». Deux types de microscopies sont disponibles : le STXM (photon-photon) et le X-PEEM (photon-électron). Le STXM permet de sonder le volume d’échantillons avec une profondeur de quelques centaines de nanomètres. Le X-PEEM permet de sonder les premiers nanomètres de la surface. Les deux stations opèrent avec des résolutions spatiales de 25nm et peuvent également être utilisées pour des mesures spectroscopiques (XANES, XPS, ARPES) à une échelle nanométrique.
Gamme d’énergie : 70 – 2500 eV
Taille du faisceau : STXM : 25×25 nm, X-PEEM : 7×25 µm (VxH)
Techniques : XANES, XPS, ARPES
Environnement échantillon STXM : cellule liquide, X-PEEM : ultravide avec chambre de préparation
N’hésitez pas, dès à présent, à contacter directement le responsable pour discuter de la faisabilité de vos projets et organiser vos futures campagnes de mesure !
Depuis le printemps 2024, les membres du Comité Infrastructure et du Comité de Direction du PEPR LUMA vont à la rencontre des plateformes du Hub Infrastructure LUMA sur les différents sites offrant de l’accès utilisateur à l’ensemble de la communauté scientifique concernée par l’étude des interactions lumière-matière. Ces visites permettent de renforcer la communication entre les acteurs du Hub Infrastructure, suivre la mise en place des équipements et des accès financés par le PEPR, et réaliser les vidéos de présentation des plateformes, publiées chaque mois sur notre chaîne YouTube.
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