Le développement de la microscopie environnemental dans notre institut fait suite à des débats débutés en 2012, au sein de notre équipe, sur l’avenir de la MET lors de nos réunions hebdomadaires. J’ai proposé de m’occuper de réaliser l’état de l’art et de proposer des voies. En effet, étudier les nanomatériaux dans leur milieu d’application liquide ou gazeux par TEM est un véritable défi. Car la production et la propagation des électrons dans un microscope électronique nécessitent un milieu sous ultravide. Dans un liquide ou dans un gaz, les résolutions spatiale et spectrale de l’instrument sont très vite dégradées. Pour conserver les performances de l’instrument, il faut confiner l’environnement gazeux ou liquide dans la région des pièces polaires de la lentille objectif où se trouve l’échantillon. Il existe pour cela deux approches : les chambres environnementales ouvertes MET dédiés (ETEM) et les cellules fermées. Notre choix c’est porté sur deux systèmes confinés : un dédié aux gaz et l’autre aux liquides.
En 2021, on s’est équipé du nouvel porte objet in-situ liquide Poseidon avec chauffage jusqu’à 120°C et avec double injections.
Projet 2022
L’amélioration des propriétés catalytiques de métaux supportés, l’effet synergétique de deux métaux est reconnue comme une stratégie intéressante mais son succès dépend fortement de la structure obtenue, qui peut varier de nanoparticules sous forme d’alliage à des structures en cœur-coquille ou même à des métaux séparés, dispersés sur le support. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce projet sera de développer des méthodologies permettant de comprendre et d’optimiser la synthèse de nanoparticules. Ainsi suivre les réactions catalytiques et électrochimiques in situ permettra d’étudier les processus induits par la lumière avec une résolution spatiale élevée, c’est-à-dire au moins au niveau de la particule individuelle. Deux types de développement sont nécessaires : premièrement, nous allons développer une approche empirique permettant d’optimiser les processus de synthèse de ce type de catalyseur à travers la compréhension des phénomènes de solvatation à l’interface solide/liquide ; deuxièmement, nous allons implémenter une nouvelle approche de TEM in-situ permettant de visualiser l’évolution structurale des systèmes d’intérêt dans le bon environnement et simultanément à une excitation lumineuse. Une telle combinaison de méthodologies nous permettra de comprendre les mécanismes d’imprégnation et croissance de électrocatalyseurs et ainsi d’être capable de contrôler leurs propriétés d’intérêt à travers leur paramètres de synthèse. Cette approche permettra, par exemple, d’accéder, par photoluminescence et spectroscopie d’excitation électronique, aux propriétés électroniques des catalyseurs étudiés en mode operando. On mesure l’intensité de la photoluminescence lorsqu’on fait varier la longueur d’onde de la lumière incidente. À chaque fois que l’énergie des photons excitateurs est en résonnance avec une transition électronique l’intensité de luminescence augmente. Le défi technique est double. Il s’agit, d’une part, d’introduire une fibre optique et un dispositif d’éclairement dans le porte-objet in-situ en prenant en compte l’encombrement dû à la pièce polaire du MET et, d’autre part de coupler les spectroscopies optiques aux spectroscopies électroniques EELS et EDS en temps réel. À plus long terme, l’objectif est d’atteindre la spectroscopie Raman des molécules en interaction avec des catalyseurs et d’ainsi atteindre la dynamique des liaisons molécule-catalyseur.
