Synchrotron Soleil (Paris-Saclay)

Réacteurs photocatalytiques pour les spectroscopies des rayons-X 

Contact

Synchrotron Soleil

L’Orme des Merisiers
Départementale 128
91190 Saint-Aubin

Les réactions de photocatalyse et de photoélectrocatalyse sont réalisées par des catalyseurs dont la structure est susceptible d’évoluer, parfois de manière irréversible, au cours de la réaction. La mise point de réacteurs photocatalytiques (par ex. : conversion du CO2) ou photoélectrocatalytique (par ex. : photoélectrolyse de l’eau) couplées aux spectroscopies des rayons-X donnera accès à la structure de ces catalyseurs en conditions d’opération. Ces informations permettront de connaitre les modes d’action des catalyseurs et ainsi déterminer leurs mécanismes réactionnels, mais également leurs modes de dégradation.

De nombreux dispositifs expérimentaux ont été mis au point à SOLEIL pour l’étude de catalyseurs en conditions d’opérations : catalyse hétérogène en phase gaz ou liquide, catalyse homogène, électrocatalyse. Des expériences photocatalytiques ou photoélectrocatalytiques ont déjà été réalisées à SOLEIL sous l’impulsion d’utilisateurs, l’existence de systèmes dédiés et standardisés à la disposition de la communauté d’utilisateurs désireuse d’étudier des réactions photocatalytiques sera un outil précieux pour la compréhension et l’amélioration des réactions photocatalytiques.

Au cours du projet LUMA, des réacteurs photocatalytique et photoélectrocatalytique pour les spectroscopies des rayons-X serons mis au point et à la disposition des utilisateurs. Des instruments associés tel qu’un simulateur solaire, un potentiostat et un système de chromatographie en phase gaz pour l’analyse des produits formés seront également disponibles.

Équipements ouverts à l’accueil dans le cadre de LUMA


Ligne de lumière ROCK

La ligne de lumière ROCK est une ligne de spectroscopie d’absorption X en mode quick-EXAFS dans le domaine 4 – 40 keV 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 et couvrir l’interval 4.8-40keV 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 à des expériences de micro-absorption X (μXAS) et de micro-fluorescence (μXRF) dans le domaine des rayons X dits « tendres » (0.8-8 kev). 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 les seuils K des éléments allant du sodium au Fer et au 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 microscopie 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 utilisée 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 liquideX-PEEM : Ultravide avec chambre de préparation

Les autres plateformes OPERANDO/PROTOTYPAGE

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Couplage entre spectrométrie de masse et excitation par laser infra-rouge
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Caractérisation des propriétés de systèmes catalytiques sous illumination
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