une infrastructure unique dédiée à révolutionner la découverte de la recherche sur les matériaux pour commercialiser des technologies énergétiques durables et prévenir le changement climatique.
Varennes, Québec, Canada et au-delà
et le Québec
et méthodes numériques
Doctorant
Michel Berteau-Rainville
PI : Prof. Orgiu
Doctorant
Yingming Lai
PI : Prof. Liand
Au laboratoire du professeur Ghuman, ces matériaux complexes sont compris et améliorés à l'aide de techniques informatiques avancées.
Plus précisément, son laboratoire est dédié à
développer des modèles informatiques réalistes pour prédire la relation structure-propriété dans les matériaux à faible coût ;
développer un cadre théorique multi-échelle haute fidélité pour relier la physique des matériaux cristallins et amorphes à différentes échelles de longueur et conditions de fonctionnement ; et
fournissent des principes de conception optimisés et une compréhension plus approfondie des matériaux et des processus chimiques, ce qui donne lieu à de nouvelles orientations pour l'utilisation de matériaux peu coûteux et abondants pour la photo et l'électrocatalyse afin de produire des carburants et des produits chimiques durables, la capture photo du CO2 et les applications de piles à combustible.
Développement de catalyseurs à base de métaux non nobles pour les piles à combustible à hydrogène. Les piles à combustible font partie de la solution pour sortir de l’ère des combustibles fossiles, mais elles nécessitent des catalyseurs efficaces et peu coûteux qui restent encore à développer. Les simulations numériques guident les expériences en prédisant les propriétés catalytiques de différentes combinaisons et arrangements atomiques d'éléments chimiques communs dans des matrices de carbone.
Prédire la génération de structures métallo-organiques (MOF) par mécanochimie. Les MOF ont des applications dans de nombreux domaines technologiques. Bien que la mécanochimie permette de les produire à un coût relativement faible, le procédé nécessite une meilleure compréhension afin de maîtriser le produit final. Des simulations numériques sont utilisées pour prédire la stabilité thermique et mécanique des MOF et leur séquence de formation.
Comprendre les propriétés des matériaux multiferroïques. Les matériaux multiferroïques ont la rare caractéristique de posséder à la fois des propriétés électriques et magnétiques. Ils sont envisagés pour diverses applications technologiques telles que les mémoires ferroélectriques à lecture magnétique non destructive. Des simulations numériques donnent un aperçu de l'origine physique de leurs propriétés et permettent de prédire celles de matériaux non encore synthétisés en laboratoire.
Rationaliser le dopage des matériaux. Le dopage des matériaux est couramment utilisé pour améliorer certaines de leurs propriétés utiles, telles que les propriétés photovoltaïques, mais la méthodologie consiste souvent en essais et erreurs. Les simulations numériques permettent de mieux comprendre la façon dont les atomes dopants sont distribués dans les matériaux et contribuent à fournir un cadre rationnel pour guider les recherches futures.
Le groupe du professeur Razzari utilise une conception électromagnétique pour améliorer les performances du photocatalyseur plasmonique. L'objectif est d'obtenir une absorption plasmonique renforcée et un champ électrique local amélioré à l'interface métal-diélectrique. Ces propriétés favorisent la génération d'électrons hautement énergétiques à l'intérieur de la particule plasmonique et leur transfert vers le diélectrique, où ils deviennent disponibles pour la réaction. Par exemple, des « modes de galerie chuchotée » (WGM) ont été utilisés, c'est-à-dire des modes résonants qui se développent dans une sphère de TiO2 de taille appropriée. Des photocatalyseurs plasmoniques assistés par WGM ont été exploités pour produire de l'hydrogène à partir de solutions aqueuses, montrant une activité considérablement améliorée sous éclairage visible.
D'autres conceptions explorées comprennent des photocatalyseurs plasmoniques incorporant des couches de carbone, des sphères creuses et poreuses de TiO2, ainsi que différentes unités plasmoniques dotées de fonctionnalités distinctes. Des collaborations sont en place pour la synthèse chimique des photocatalyseurs conçus.
Nous étudions également le dopage des OSC par des dopants alternatifs tels que les acides de Lewis, capables de doper les OSC malgré une affinité électronique bien inférieure à celle généralement nécessaire. Il a été proposé récemment que le dopage puisse être médié par un proton introduit par de l'eau étrangère. Nous développons cette idée en modélisant les interactions entre les acides de Lewis et les semi-conducteurs organiques sous leur forme vierge et avec l'eau. Mieux comprendre les aspects fondamentaux du dopage et les mécanismes de dopage alternatifs conduiront à des dopants potentiellement moins toxiques et à une durée de vie plus longue dans des dispositifs plus performants, ce qui contribuera grandement à élargir l'applicabilité des matériaux organiques pour les thermoélectriques dans un avenir proche.
Sous la direction du Dr Kenneth Beyerlein
ID-27920 sous le Dr Kulbir Ghuman
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