Guillaume Goubert
Guillaume Goubert est professeur au Département de chimie de l'Université du Québec à Montréal (UQAM) depuis 2020. Avant cela, il était scientifique senior à l'Institut de technologie fédéral suisse (Eidgenössische Technische Hochschule, ETH) à Zurich, dans le groupe du professeur Renato Zenobi. Professeur Goubert a obtenu son doctorat à l'Université Laval, et a par la suite conduit des études postdoctorales à la Northwestern University dans l'Illinois, aux États-Unis. Il est aussi membre du Centre de recherche sur les nanomatériaux et l'énergie (NanoQAM).
Structure et activité de flocons solitaires de MXènes : suivi d'électrocatalyseurs in situ
Le succès des nouvelles solutions de stockage d'énergie repose sur la découverte et l'optimisation de matériaux et d'interfaces électrochimiques. Il est nécessaire d'identifier des matériaux électroactifs capables d'accélérer les réactions ou de stocker d'importantes quantités de charge en surface, tout en étant composés d'éléments largement disponibles.
Les MXènes sont des carbures de métaux de transition bidimensionnels (2D). Parmi les exemples courants, on trouve le Ti3C2, le Mo2C et le Nb2C. La chimie de surface des MXènes est riche, et la présence de terminaisons de surface (-O, -OH, -F, etc.) sur les sites métalliques influence considérablement leurs propriétés électrochimiques. Les MXènes sont envisagés pour diverses applications, notamment les supercondensateurs et l'électrocatalyse, domaines où les propriétés de surface des feuillets de MXène sont déterminantes pour l'efficacité du matériau.
Les méthodes à l'échelle nanométrique sont essentielles pour comprendre les propriétés de feuillets individuels de matériaux 2D tels que les MXènes, en particulier la présence de défauts ou de sites actifs. Nos travaux portent sur l'étude de feuillets individuels de Ti3C2 à l'échelle nanométrique par spectroscopie Raman exaltée par pointe (tip enhanced Raman spectroscopy, TERS). La technique TERS nous permet d'analyser la distribution des terminaisons à la surface des MXènes et d'identifier des zones à composition spécifique, comme des défauts ou des sites de bord.
Nous avons synthétisé du Ti3C2 en utilisant différentes conditions de gravure : des conditions dures avec de l'acide fluorhydrique (HF) concentré ou des conditions plus douces avec une concentration d'acide plus faible. Il est établi que des conditions de gravure plus dures conduisent à un catalyseur moins actif pour la réaction de dégagement d'hydrogène (HER).
Bien que la TERS permette de révéler la structure à l'échelle nanométrique, elle ne mesure pas l'activité locale du catalyseur. Nous utilisons également la microscopie à cellule électrochimique à balayage (SECCM) pour étudier des feuillets individuels de Ti3C2. Nos résultats mettent en évidence des variations d'activité d'un feuillet à l'autre. Nous observons également deux types de réponses distinctes dans le signal d'oxydation des feuillets (à -0,3 V et -0,1 V par rapport à Ag/AgCl), ce qui concorde avec la réponse macroscopique du Ti3C2 délaminé mesurée lors d'expériences sur des supercondensateurs. Ces phénomènes redox sont généralement attribués à la réaction Ti-O + H+ + e- → Ti-OH. Nos mesures par SECCM sur des feuillets individuels montrent que ces derniers présentent des comportements redox différents.
La combinaison de nos mesures par TERS et SECCM sur des feuillets individuels permet d'approfondir les connaissances sur les MXènes, leur structure et leur activité catalytique.