Structure électronique des interfaces étudiée en temps réel par in situ XPS

Electronic structure of interfaces studied by in situ real-time XPS

• Auteur / Autrice : Lucía Pérez Ramírez
• Direction : Jean-Jacques Gallet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie physique-matière et rayonnement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Virginie Marry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Rochet, Bongjin Simon Mun, Virginia Perez Dieste, Christophe Nicolas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hendrik Bluhm, Bernd Winter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces (technologie)

Spectroscopie de photoélectrons

Dispositifs à couches minces

Énergie de liaison

Liaisons hydrogène

Catalyse hétérogène

Interfaces gaz-solide

Fermi, Niveau de

Mots clés libres

Interfaces

Potentiel électrochimique

Equilibre

Niveau de Fermi

Spectroscopie de photoémission

Structure électronique

Interfaces

Photoemission spectroscopy

Electronic structure

Résumé

Les interfaces jouent un rôle essentiel dans une large gamme de phénomènes et d'applications qui incluent la catalyse hétérogène, la conversion et le stockage d'énergie, la corrosion des métaux et d'autres processus environnementaux. En fait, les interfaces déterminent généralement la fonctionnalité et l'efficacité d'un matériau impliqué dans un processus particulier. Cependant, leur caractérisation n'est pas souvent une tâche simple et elle s'accompagne d'une série de défis, tant du point de vue instrumental que théorique. Le défi instrumental est associé à la nécessité d'émuler des conditions « réelles » lors de l'étude des réactions interfaciales (c'est-à-dire être capable de travailler dans des environnements gazeux de moyenne à haute pression). Le défi théorique est associé à une approche parfois trompeuse (voire absente) des phénomènes d'alignement de niveaux électroniques qui se produisent lors d'une réaction chimique. Dans cette thèse, les deux défis sont surmontés grâce à l'utilisation de techniques XPS avancées pour caractériser trois types d'interfaces, chacune d'une importance particulière dans un domaine spécifique. Les trois projets de ce travail sont divisés en « alignement de bandes dans une interface solide/gaz », « alignement de bandes dans une interface métal/solution avec un couple redox » et « une surface modèle pour étudier la liaison hydrogène et les déplacements d'énergie de liaison ».

Interfaces play an essential role in a wide range of phenomena and applications, ranging between heterogeneous catalysis, energy conversion and storage, metal corrosion, and other environmental processes. In fact, interfaces usually determine functionality and efficiency of a material involved in a particular process. However, their characterisation is not often a simple task and it comes accompanied by a series of challenges, both from the instrumental and the theoretical point of view. The instrumental challenge is associated to the need of emulating ''real-life'' conditions during the study of interfacial reactions (i.e. being able to work under moderate to high pressure gaseous environments). The theoretical challenge is associated to a sometimes misleading (or even absent) approach to the electronic level alignment phenomena that take place during a chemical reaction. In this thesis, both challenges are overcome through the use of advanced XPS techniques to characterise three kinds of interfaces, each one of particular importance in a specific domain. The three projects of this work are divided as ''Band Alignment at a Solid/Gas Interface'', ''Band Alignment at a Metal/Redox Solution Interface'' and ''A Model Surface to Study Hydrogen Bonding and Energy Shifts''.