Valorisation photoélectrochimique des dérivés du furane // Photoelectrochemical valorization of furan derivatives

L'épuisement des ressources énergétiques non renouvelables rend importante la recherche permanente de matières premières alternatives pour produire de l'énergie et des produits chimiques fins. La biomasse est une ressource renouvelable qui peut être valorisée afin de réduire le changement climatique. Par exemple, la cellulose est le type de biomasse le plus abondant au monde, qui peut être transformée en biocarburants et en molécules plateformes potentielles (par exemple, les furanes) par des méthodes biologiques, chimiques ou électrochimiques. Les dérivés furaniques sont des intermédiaires importants pour la production de molécules à haute valeur ajoutée au niveau industriel, permettant la production de pesticides, de nylon et d'autres produits chimiques. Par exemple, l'hydrogénation sélective du furfural produit de l'alcool furfurylique, largement utilisé dans la production de résines et de fibres, et considéré comme un produit essentiel pour les applications pharmaceutiques. D'autre part, l'oxydation du furfural produit de l'acide furoïque qui est utilisé dans l'industrie agrochimique, où il est généralement transformé en chlorure de furoyle qui est finalement utilisé dans la production de médicaments et d'insecticides. La sélectivité est une question importante dans la transformation du furfural puisque plusieurs produits peuvent être obtenus en même temps.
L'objectif principal de cette thèse est de développer des voies photoélectrochimiques originales pour la valorisation des dérivés furaniques.
D'autres transformations telles que le fractionnement de l'eau, l'oxydation du méthanol, l'électrosynthèse de l'ammoniac ou la réduction du CO2 pourront être envisagées en fonction du profil du candidat.
Les transformations seront effectuées dans des interfaces hétérogènes semi-conducteur/électrolyte, en utilisant des semi-conducteurs de type p pour favoriser les réactions photocathodiques ou des semi-conducteurs de type n pour favoriser les réactions photoanodiques, entraînées par l'utilisation simultanée de la lumière visible et d'un potentiel appliqué à des électrodes. Les transformations prévues comprennent la conversion des groupes aldéhydes en acides carboxyliques (oxydation) ou en alcools (réduction). De plus, le squelette C conjugué des dérivés furaniques est également susceptible d'être transformé.
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The exhaustion of non-renewable energy resources makes important to continuously explore alternative feedstocks to produce energy and fine chemicals. Biomass is a renewable resource that can be valorized in order to reduce climate change. As an example, cellulose is the most abundant type of biomass worldwide, which can be transformed into biofuels and potential building-block platform molecules (e.g. furans) through biological, chemical or electrochemical methods. Furan derivatives are important intermediates for producing high-value-added molecules at the industrial level, enabling the production of pesticides, nylon and other chemicals. Interestingly, furans may indeed be transformed to yield useful molecules; for example, the selective hydrogenation of furfural produces furfuryl alcohol which is widely used in the production of resins and fibers, and is considered an essential product for pharmaceutical applications. On the other hand, the oxidation of furfural produces furoic acid which is applied in the agrochemical industry, where it is commonly transformed into furoyl chloride which is ultimately used in the production of drugs and insecticides. Selectivity is an important issue in the transformation of furfural since multiple products can be obtained at the same time.
The main goal of this thesis is to develop original photoelectrochemical routes for the valorization of furan derivatives.
Other transformations such as water splitting, methanol oxidation, ammonia electrosynthesis or CO2 reduction might be considered as well, depending on the candidate's background.
The transformations shall be performed in heterogeneous semiconductor|electrolyte interfaces, using p-type semiconductors to promote photocathodic reactions or n-type semiconductors to promote photoanodic reactions, driven by the simultaneous use of visible light and applied potential to electrodes. The foreseen transformations include the conversion of aldehyde groups into carboxylic acids (oxidation) or into alcohols (reduction). Moreover, the conjugated C skeleton of furan derivatives is also susceptible to be transformed.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Centrale Lille Institut

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

- Master en chimie ou dans un domaine connexe. - Une expérience préalable dans certaines des techniques de caractérisation typiques utilisées en science des matériaux, telles que TEM, SEM, XRD, BET, XPS, EPR, XAS... est souhaitable. - Une formation en chimie expérimentale est essentielle ; une expérience en électrochimie (voltampérométrie cyclique, spectroscopie d'impédance) ou en chimie des matériaux inorganiques est souhaitable (synthèse de pérovskites, d'oxydes, de semi-conducteurs...). - Les profils ayant une formation en chimie organique synthétique seront également pris en considération, étant donné la nécessité d'analyser des mélanges réactionnels complexes à l'aide de la RMN. - Excellentes aptitudes à la communication écrite et orale en anglais, et expérience dans la préparation de rapports scientifiques. - Fort esprit d'équipe.
- Master degree in chemistry or related areas. - Previous experience in some of the typical characterization techniques used in materials science, such as TEM, SEM, XRD, BET, XPS, EPR, XAS… is desirable. - A background in experimental chemistry is essential; experience in electrochemistry (cyclic voltammetry, impedance spectroscopy), or inorganic material's chemistry is desirable (synthesis of perovskites, oxides, semiconductors…). - Profiles with a background in synthetic organic chemistry will be considered as well, given the need to analyze complex reaction mixtures using NMR. - Excellent written and oral communication skills in English language, and experience in preparing scientific reports. - Strong team player.