Institut des
NanoSciences de Paris
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Cabailh Greg

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© INSP - Cécile Duflot
Maître de Conférences
Université Pierre et Marie Curie
Institut des Nanosciences de Paris
Oxydes en basses dimensions

Contact
Barre 12 – 22, 5e étage, bureau 511
4 Place Jussieu, boîte courrier 840
75252 Paris Cedex 05
Phone : 33(0)1 44 27 46 28
Email : cabailh insp.jussieu.fr

Thème de recherche

Mes recherches portent sur l’étude des surfaces et interfaces d’oxydes (TiO2, MgO, ZnO, Al2O3...) et principalement sur la caractérisation des défauts de surface à l’échelle atomique par microscopie à champ proche (microscopie à effet tunnel et microscopie à force atomique) et par spectroscopie de photoémission par rayons X. Ces défauts peuvent jouer un rôle majeur dans l’interaction de ces surfaces avec de petites molécules (réactivité envers H2O, CO ...) et sur le mode de croissance initial de nanoparticules et de films minces, qui est aussi un thème principal de mon travail.
Enfin, des films minces d’oxyde métallique supportés sur des métaux peuvent présenter diverses propriétés qui diffèrent en comparaison au cristal volumique (par ex. la stoechiométrie), ainsi que différentes faces cristallines stabilisées menant à différents sites réactifs.

Principaux domaines d’expertise

Surfaces d’oxydes (TiO2, MgO ...), catalyseur modèle, hydroxylation et hydratation, mouillage , adhérence et croissance, nano-objets d’oxydes : couches minces et nanoparticules, structure atomique et électronique.
Physique des surfaces, techniques et caractérisation en ultra-vide (microscopie à champ proche, spectroscopie X, Auger et UV, diffraction d’électrons lents), techniques de rayonnement synchrotron (diffraction des rayons X sous incidence rasante, absorption au seuil).

Contraintes superficielles et épitaxiales de clusters métalliques supportés

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Nano letters 16 (4), 2574-2579
Actualités Soleil

Le stress de surface et l’énergie sont des quantités essentielles dans description thermodynamique des surfaces. Cependant, leur dépendance en taille est un problème déconcertant car, pour un métal donné, les estimations s’étendent souvent sur un ordre de grandeur. En combinant l’absorption X et les données nanoplasmoniques avec des simulations atomistiques pour décrire les particules d’argent supportées sur α-Al2O3 (0001), nous distinguons les contraintes épitaxiales et superficielles. Cette dernière domine pour des particules au-dessus de 3 nm de taille. L’observation repose principalement sur le rapport surface/volume et une représentation indépendante du métal émerge qui devrait avoir des conséquences pour la compréhension de l’énergétique des nanoparticules.

La richesse des propriétés du dioxyde de titane repose sur ses divers polymorphes et sur leurs mélanges couplés aux orientations cristallographiques. Il est donc essentiel de définir des méthodes permettant l’identification structurelle des surfaces. Nous démontrons la capacité de la spectroscopie X et Auger à fournir des modèles pour analyser quantitativement les polymorphes de TiO2. La transition du Ti LMV reflète les hybridations Ti 4sp-O 2p qui sont des propriétés intrinsèques des phases et des orientations. Les modèles du Ti LMV collectés sur des monocristaux de rutile (110), d’anatase (101) et (100) permettent l’analyse quantitative de poudres nanométriques. Comme banc d’essai, le P25 est étudié sans modifications et pendant sa transformation anatase-rutile lors du recuit. L’accord avec les mesures de diffraction X confirme la fiabilité de l’analyse Auger et met en évidence sa capacité à détecter les orientations de surface.

Signatures des polymorphes du dioxyde de titane
pour l’identification structurale des surfaces


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J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), p 3223-3228


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ESRF spotlight

Structure d’une interface eau-photocatalyseur
L’interaction de l’eau avec TiO2 est cruciale pour un bon nombre de ses applications pratiques, y compris la dissociation photocatalytique de l’eau. Suite à la première démonstration de ce phénomène, il y a 40 ans, de nombreuses études ont été menées sur l’interface de l’eau avec la face cristalline (110) du TiO2 rutile fournissant une compréhension atomique de l’interaction eau-TiO2. Cependant, presque toutes ces études impliquent l’eau en phase vapeur. La microscopie à effet tunnel et la diffraction X de surface sont utilisées pour déterminer la structure interfaciale eau/TiO2(110), qui est constituée d’un réseau ordonné de molécules d’hydroxyle et de l’eau moléculaire dans la deuxième couche. Les calculs dynamiques et DFT suggèrent qu’un mécanisme possible pour la formation de la surcouche hydroxyle implique l’adsorption mixte de O2 et H2O sur une surface partiellement défectueuse. Les propriétés structurelles quantitatives dérivées fournissent une base pour explorer les propriétés atomistiques et donc les mécanismes impliqués dans la photocatalyse du TiO2.

Nature Materials : doi:10.1038/nmat4793