Description

Les substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS), à base de liaison Carbon-Fluor, sont très largement utilisées dans les objets du quotidien du fait de leurs propriétés anti-adhésives et imperméabilisantes. Cependant des alertes sur les effets nocifs pour la santé humaine et l'eco-toxicité de ces substances persistantes, qualifiées de 'polluants éternels', ont conduit à leur interdiction dans de nombreux secteurs tandis que le coût de la dépollution semble hors de portée des économies. Il est donc urgent de surveiller la présence de ces molécules dans les différents compartiments de l'environnement : eau, air et sol.
L'objectif du projet de recherche est d'étudier théoriquement et expérimentalement le potentiel de la détection électrochimique reposant sur des électrodes graphène fonctionnalisées par un polymère à empreinte moléculaire pour la mesure de faibles concentrations de PFAS (de l'ordre du nM/L).
Une modélisation par éléments finis visera à décrire le comportement électrochimique d'électrodes fonctionnalisées. Celle-ci s'attachera à décrire l'interface entre le polymère à empreinte moléculaire et le graphène mais aussi les interactions entre un PFAS d'intérêt et la matrice poreuse du polymère à empreinte moléculaire. Il est envisagé de tirer parti de modélisations de dynamique moléculaire pour représenter ces interactions.
Sur le plan expérimental, il s'agira d'étudier (notamment par spectroscopie Raman, AFM et magnétotransport) les corrélations entre les conditions de croissance du graphène (mono ou multicouches, buffer layer, propriétés électroniques) sur substrat de carbure de silicium (SiC) et le comportement électrochimique d'électrodes fonctionnalisées.
L'articulation de la modélisation avec les caractérisations expérimentales des électrodes visera la prédiction et l'interprétation du comportement des électrodes selon différents modes de détection (voltammétrie cyclique et spectroscopie d'impédance) en vue de l'optimisation de leurs performances de détection. Des études des sources de bruit intrinsèques au capteur viseront à rapprocher la résolution des capteurs aux limites réglementaires prescrites par les autorités sanitaires.
Dans une perspective de soutenabilité, une analyse de cycle de vie des impacts environnementaux de la réalisation d'électrodes sera menée et des leviers d'action tels que la re-croissance du graphène sur un substrat recyclé seront étudiés électriquement et optiquement.

Compétences requises

Master en physique orienté nanoscience ayant une appétence pour la modélisation physique et un intérêt pour les questions environnementales. Connaissances générales matériaux 2D. Compétences en programmation (Python). Travail en équipe et collaborations inter-laboratoire.

Bibliographie

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Mots clés

capteur, graphene, PFAS, environnement