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32 results on '"Foy, Eddy"'

1. Profile of an 'at cutting edge' pathology laboratory for pathological human deposits: from nanometer to in vivo scale analysis on large scale facilities

Author

Bazin, Dominique, Lucas, Ivan T., Rouzière, Stéphan, Elkaim, Erik, Mocuta, Cristian, Réguer, Solenn, Reid, David G., Mathurin, Jérémie, Dazzi, Alexandre, Deniset-Besseau, Ariane, Petay, Margaux, Frochot, Vincent, Haymann, Jean-Philippe, Letavernier, Emmanuel, Verpont, Marie-Christine, Foy, Eddy, Bouderlique, Elise, Colboc, Hester, and Daudon, Michel

Subjects
Pathological calcifications, Characterization techniques, Experimental approach, Medical diagnostic, Abnormal deposits, Biochemistry, QD415-436, Physical and theoretical chemistry, QD450-801, Mathematics, QA1-939
Abstract

This contribution aims to define an analysis procedure for abnormal deposits in human tissues starting from in vivo characterization, down to the nanoscale using major instrumentation. Such an integrated approach is based on recent literature, but particularly on our research over the last twenty years on pathological calcifications. To this end, we begin by describing four successive analytical steps, on the injury site or physician’s surgery, at the hospital, at a typical physicochemical laboratory, and finally at a large scale (possibly multinational) facility. For the first step, we present various techniques which can be implemented on portable instruments. For the second step, commercial analytical setups are used. In a physicochemical laboratory, prototype or commercial setups are used and finally on large scale instruments, characterization techniques with better spatial resolution and/or higher sensitivity or techniques specific to synchrotron radiation are employed.

Published
2022
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2. The crucial contribution of X-ray fluorescence spectroscopy in medicine

Author

Bazin, Dominique, Foy, Eddy, Reguer, Solenn, Rouzière, Stéphan, Fayard, Barbara, Colboc, Hester, Haymann, Jean-Philippe, Daudon, Michel, and Mocuta, Cristian

Subjects
X-ray fluorescence spectroscopy, Medicine, Biological samples, Concretions, Tissues, Biological fluids, Biochemistry, QD415-436, Physical and theoretical chemistry, QD450-801, Mathematics, QA1-939
Abstract

This contribution tries to indicate to the clinician what kind of information can be investigated through X-ray fluorescence, what kind of information can be extracted from this spectroscopy and finally how it competes with other tools described in previous publications such as Fourier Transform Infrared or Raman spectroscopy, X-ray Absorption Near Edge Structure spectroscopy and X-ray diffraction. To attain this goal, several examples based on X-ray fluorescence experiments performed on biological samples namely concretions, medical devices, biological fluids as well as tissues are presented.

Published
2021
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6. Silicon Sheets By Redox Assisted Chemical Exfoliation

Author

Tchalala, Mohamed Rachid, Ali, Mustapha Ait, Enriquez, Hanna, Kara, Abdelkader, Lachgar, Abdessadek, Yagoubi, Said, Foy, Eddy, Vega, Enrique, Bendounan, Azzedine, Silly, Mathieu G., Sirotti, Fausto, Nitshe, Serge, Chaudanson, Damien, Jamgotchian, Haik, Aufray, Bernard, Mayne, Andrew J., Dujardin, Gérald, and Oughaddou, Hamid

Subjects
Physics - Chemical Physics, Condensed Matter - Materials Science
Abstract

In this paper, we report the direct chemical synthesis of silicon sheets in gram-scale quantities by chemical exfoliation of pre-processed calcium di-silicide (CaSi2). We have used a combination of X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy and Energy-dispersive X-ray spectroscopy to characterize the obtained silicon sheets. We found that the clean and crystalline silicon sheets show a 2-dimensional hexagonal graphitic structure., Comment: Accepted in J. Phys.: Condens. Matter

Published
2013
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9. L’emploi de l’alun dans les recettes métallurgiques à la lumière de l’expérimentation

Author

Téreygeol, Florian, Mercier, Florence, Foy, Eddy, and Ferrari, Erika

Subjects
brevet d’invention, experiment, XRD, DRX, argent, recipe, battiture, innovation, récit, porcelaine, alun, recette, alum, silver, expérimentation, copper hammer scale, Raman
Abstract

L’alun est un matériau qui apparaît assez classiquement comme réactif dans plusieurs textes métallurgiques. Son identification sur le terrain, au sein d’ateliers métallurgiques, reste encore à démontrer. En revanche, il est possible d’organiser une réflexion autour de l’approche expérimentale afin d’apprécier autant le caractère opératoire que la nature des produits formés à partir de ces recettes dont les plus anciennes remontent aux papyrus de Leyde et de Stockholm (iiie siècle après J.-C.).Pour tenter de comprendre quelle place fonctionnelle peut occuper l’alun dans le travail des métaux, nous nous sommes focalisés sur la question liée à la falsification de l’argent par ajout de battitures de cuivre. Un protocole expérimental de laboratoire a été mis en place permettant de suivre l’évolution des produits depuis les matières premières jusqu’à l’argent allié au cuivre. Dans la logique de ces séries expérimentales, les matériaux mis en œuvre comme les produits issus des expériences ont fait l’objet d’une caractérisation structurale et élémentaire qui permet de mieux apprécier la fonctionnalité des recettes. Cette approche autorise une nouvelle hypothèse quant à l’interprétation de ces textes. References to the use of alum [as a reactant] can be found in many ancient metallurgical texts while its identification on site, in correspondence to the metallurgical workshop, remains uncertain. Nevertheless, the use of an experimental approach, based on recipes described in the papyrus of Leyde and Stockholm (3rd century AD), provides a way to elucidate both the practical features and the nature of the products obtained.In order to understand the role of alum in metalworking, our study focuses on the question related to the forgery of silver by addiction of copper hammer scale. An experimental laboratory protocol has been established and it allows to follow the evolution of the products from the raw materials to the copper-alloyed silver. The materials obtained from such experimentation systematically characterized by structural and elemental analysis and the results provided a way to have a better understanding on the functionality of the recipes. A new hypothesis on the interpretation of the texts is proposed.

Published
2022

10. Suivi des mécanismes d'insertion operando : est-ce toujours fiable?

Author

Gauthier, Magali, Blondeau, Lucie, Surblé, Suzy, Foy, Eddy, Khodja, Hicham, Belin, Stéphanie, Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), IRAMAT - Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (IRAMAT-LAPA), Institut de Recherche sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Palacin, Serge

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2022

11. Understanding the manufacturing techniques of Renaissance armour: a coupling between metallographic and SR-XRD investigations

Author

Bérard, Emilie, Philippe, Dillmann, Solenn, Réguer, Foy, Eddy, Enrique, Vega, Catherine, Verna, Valérie, Toureille, Ivan, Guillot, Palacin, Serge, Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IRAMAT - Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (IRAMAT-LAPA), Institut de Recherche sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Archéologies et Sciences de l'Antiquité (ArScAn), Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (UP1)-Université Paris 8 Vincennes-Saint-Denis (UP8)-Université Paris Nanterre (UPN)-Ministère de la Culture et de la Communication (MCC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Héritages : Culture(s), Patrimoine(s), Création(s) (Héritages - UMR 9022), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC)-CY Cergy Paris Université (CY), Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, UMR 7182 CNRS-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne, 2 rue Henri Dunant, 94320 Thiais, France, and Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (UP1)-Université Paris 8 Vincennes-Saint-Denis (UP8)-Université Paris Nanterre (UPN)-Ministère de la Culture et de la Communication (MCC)-Institut national de recherches archéologiques préventives (Inrap)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [SHS.MUSEO] Humanities and Social Sciences/Cultural heritage and museology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, [SHS.MUSEO]Humanities and Social Sciences/Cultural heritage and museology
Abstract

International audience

Published
2022

15. Insights on the electrochemical magnesiation of InSb from combined $operando$ X- Ray diffraction and X-Ray Absorption Spectroscopy

Author

Blondeau, Lucie, Foy, Eddy, Belin, Stéphanie, Surblé, Suzy, Testard, Fabienne, Khodja, Hicham, Gauthier, Magali, Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Palacin, Serge

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Abstract

International audience; The continued acceleration of the lithium demand combined with its relatively low abundance and uneven concentration on the Earth's crust might dramatically increase its price in a near future. Mg-batteries are promising candidates to replace Li-ion batteries thanks to Mg abundance, theoretical capacity (2.2Ah/g-3.8Ah/cm$^3$), low cost and safety. However, metallic Mg reacts with standard electrolytes to form a blocking layer on its surface, preventing cation exchange, and thus dramatically limiting reversible stripping/deposition. An interesting alternative is to substitute Mg metal with another negative electrode made of $p$-block elements as they electrochemically alloy with Mg and possess adequate stability in standard electrolytes. In a recent work, we investigated the electrochemical reactivity and performance of the InSb alloy as a negative electrode for Mg-ion batteries. A strong synergy between In and Sb has been evidenced with the promotion of the electrochemical activity of Sb towards magnesiation along few cycles, in contrast to what was already reported in other studies. Using complementary information from $operando$ X-Ray diffraction (XRD) and X-Ray Absorption Spectrosopy (XAS), we further characterized in-depth the peculiar electrochemical behavior of InSb. $Operando$ XRD measurements demonstrate the formation of the Mg$_3$Sb$_2$ phase almost all along the first magnesiation, accompanied by the extrusion of In metal. While crystalline MgIn has always been detected in the case of pure In or InBi electrodes, we observed a kinetically dependent electrochemically-driven amorphization of MgIn. This behavior suggests a possible competition between crystallization and amorphization in the material. EXAFS data obtained at the In and Sb $K$-edges at the ROCK beamline of synchrotron Soleil, corroborate the formation of Mg$_3$Sb$_2$ and In crystalline phases and the formation of MgIn, and give further insights on the atomic environement of In and Sb during the first magnesiation. Thanks to the evolution of EXAFS spectra as well as the changes in scattering paths, the phase proportions evolution as function of the number of Mg inserted into InSb has been followed. These results are of paramount importance to shed light on synergetic effects between p-block elements and to study the effect of in situ amorphization on the electrochemical behavior.

Published
2020

16. En direct de l’essai patrimonial des 42 parcelles d’INRAE à Versailles : impacts de fertilisations centenaires en profondeur du NEOLUVISOL de lœss

Author

Van Oort, Folkert, Paradelo, Remigio, Proix, Nicolas, Baize, Denis, Breuil, Sébastien, Foy, Eddy, Guérin, Annie, Monna, Fabrice, Palacin, Serge, Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), CRETUS Institute, Universidade de Santiago de Compostela [Spain] (USC ), Laboratoire d'Analyses des Sols (LAS), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Unité de Science du Sol (Orléans) (URSols), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures (IRAMAT - LMC), Institut de Recherches sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Montaigne-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Montaigne-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM), Archéologie, Terre, Histoire, Sociétés [Dijon] (ARTeHiS), Ministère de la Culture et de la Communication (MCC)-Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Environnement & Agronomie de l’INRAE (D.E. 2013, Pari Scientifique 2016-2018), Ademe (Contrat Inra-Ademe n° 14-60-C0064), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, profil de concentration, [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [SHS.ARCHEO] Humanities and Social Sciences/Archaeology and Prehistory, [SHS.ARCHEO]Humanities and Social Sciences/Archaeology and Prehistory, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, [SDV.SA.SDS]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study, éléments trace métalliques (ETM), horizons profonds, jachère nue, fertilisation, [SDE]Environmental Sciences, Expérimentation de longue durée, [SDV.SA.SDS] Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study, Néoluvisol de lœss, bilan géochimique
Abstract

International audience; Après l’étude d’évolutions pédologiques et géochimiques dans l’horizon de surface (van Oort et al., 2016, 2017a), ce nouveau volet du projet de valorisation du dispositif des 42 parcelles de l’Inra de Versailles présente les effets d’apports continus de matières fertilisantes à l’échelle du solum, pour une dizaine de traitements : ammoniacaux, engrais-Na et/ou K, phosphatés, CaCO$_3$, fumier et témoins. Pour chaque traitement, les profils de teneur en éléments (0-120 cm) ont été comparés avec le bilan 1929-2014 en surface (0-25 cm), afin de raisonner la pertinence d’études des impacts d’activités anthropiques, restreintes à l’horizon de surface. En l’absence de végétation, 85 ans de traitements ont profondément marqué les sols : l’engrais ammoniacal provoque une forte baisse du pH, la décalcification et une forte aluminisation, parfois jusqu’à 1 m. Sous traitements alcalinisants, le pH est ≥ 8 et la CEC est quasi-saturée en Ca sur toute la profondeur. L’apport d’engrais sodiques et/ou potassiques peut affecter le complexe d’échange jusque dans le matériau parental ; les allures des profils de teneurs en argile évoluent de valeurs minimales en surface pour devenir maximales dans l’horizon BT, traduisant ainsi l’effet d’amplification du lessivage d’argile par les engrais Na/K.Quant aux éléments en trace métalliques (ETM), leurs profils de concentration corroborent en général les hypothèses de transfert en profondeur, formulées à partir des bilans géochimiques établis en surface (van Oort et al., 2017a) : i) accumulations distinctes de Cd, Mn et Co sous engrais ammoniacaux, et de Mo sous apport de CaCO$_3$, ii) allures analogues de profils de concentration en Fe, Sc et Tl et celle des teneurs en argile sous apport d’engrais Na et K, iii) allures de profils de concentration évoluant rapidement de valeurs minimales à maximales entre la surface et l’horizon BT pour Mg et Ni dans les traitements ‘acides’ et ‘monovalents’, confirmant leur mobilisation à la fois sous l’effet du pH et par lessivage. Cependant, sous apport de fumier, le profil de concentration de Mo témoigne de sa forte accumulation en profondeur, non-visible par le bilan Mo en surface ; sous scories, malgré un bilan positif de Mo en surface, l’ampleur de son accumulation en profondeur surprend. Quant au Cd, les apports par les scories ou le superphosphate restent confinés en surface. Par contre, sous apport de (NH$_4$)$_2$HPO$_4$, environ 2,6 kg/ha de Cd sont transférés en profondeur. Une telle quantité équivaut à la totalité de Cd apporté par l’engrais en 85 ans. Dans le traitement (NH$_4$)$_2$SO$_4$, la quasi-totalité du fond pédogéochimique local en Cd a été exportée des 50 premiers cm du sol et transférée entre 70 et 100 cm.Ce travail atteste des aspects originaux et spectaculaires d’impacts cumulés au cours de la fertilisation prolongée sur la composition des sols, sous l’horizon de bêchage. Il souligne l’intérêt de considérer le solum pour une évaluation optimale des risques liés aux activités anthropiques. Dès lors, nos résultats appellent à d’avantage d’expertise en pédologie dans les programmes de recherches environnementales, qui se limitent aujourd’hui trop souvent à des approches analytiques sur des échantillons collectés en surface des sols.

Published
2020

17. Exploring the electrochemical mechanisms of InSb as negative electrode for Mg-ion batteries

Author

Blondeau, Lucie, Foy, Eddy, Belin, Stephanie, Surblé, Suzy, Testard, Fabienne, Khodja, Hicham, Gauthier, Magali, Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Palacin, Serge

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Abstract

International audience; The continued acceleration of the lithium demand combined with its relatively low abundance and uneven concentration on the Earth's crust might dramatically increase its price in a near future. Magnesium batteries are promising candidates to replace Li-ion batteries thanks to Mg abundance, theoretical capacity (2.2Ah/g-3.8Ah/cm 3), low cost and safety [1]. However, metallic Mg reacts with standard electrolytes to form a blocking layer on its surface, preventing cation exchange, and thus dramatically limiting reversible stripping/deposition. An interesting alternative is to substitute Mg metal electrode with another negative electrode material compatible with conventional electrolytes. P-block elements (Sn, Sb, In, Pb, Bi) are a valuable solution as they electrochemically alloy with Mg and possess adequate stability in standard electrolytes [2]. In a recent work, we investigated the electrochemical reactivity and performance of the InSb alloy as a negative electrode for Mg-ion batteries [3]. A strong synergy between In and Sb has been evidenced with the promotion of the electrochemical activity of Sb towards magnesiation along few cycles, in contrast to what was already reported in other studies. While crystalline MgIn has always been detected in the case of pure In or InBi electrodes [4], we observed a kinetically dependent electrochemically-driven amorphization of MgIn which seems unique to the InSb. This behavior suggests a possible competition between crystallization and amorphization in the material. The characterization of this peculiar electrochemical behavior of InSb will be described in details. To this aim, we will present preliminary results on operando X-Ray Diffraction and X-Ray Absorption Spectrosopy to follow phase changes and the atomic environement of In and Sb during of the first magnesiation/demagnesiation of InSb.

Published
2019

18. Mg$^{2+}$ doping effect on ionic conductivity of Li$_{1,15}$Zr$_{1,85}$Y$_{0,15}$(PO$_4$)$_3$ Nasicon-type solid electrolyte for all-solid-state lithium ions batteries

Author

Castillo, Adriana, Yagoubi, Saïd, Rapaud, Olivier, Pradeilles, Nicolas, Charpentier, Thibault, Foy, Eddy, Khodja, Hicham, Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut de Recherche sur les CERamiques (IRCER), Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures (IRAMAT - LMC), Institut de Recherches sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Montaigne-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Montaigne-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM), Palacin, Serge, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Abstract

International audience; Solid electrolytes with Nasicon structure are already envisioned as promising Li$^+$ conductive materials for all-solid-state batteries with good chemical stability in ambient atmosphere and wide electrochemical stability window. Li$^+$ ionic conductivity of $\sim$10$^{-4}$ S/cm at room temperature was achieved for Li$_{1,15}$Zr$_{1,85}$Y$_{0,15}$(PO$_4$)$_3$ due to stabilization of better conductive rhombohedral phase (alpha) toward orthorhombic phase (beta) by Y$^{3+}$ doping of Zr sites in the structure. Here we examine the impact of Mg doping and evaluate the potential Li$^+$ /Mg$^{2+}$ conductivity in these structures for hybrid « Li$^+$ /Mg$^{2+}$ » all-solid-state batteries, already demonstrated in conventional batteries with liquid electrolyte. Several Mg$^{2+}$ doped Nasicon samples were synthetized by modified Pechini route, and the gels were heated from 350°C to 1200°C under air with intermediate grindings. XRD was used to follow the synthesis and identify the formed phases depending on the doping level. $^6$Li and $^{31}$P MAS NMR will be used to evaluate the ions sites occupancy on the different samples. Ionic conductivity measurements were done by Electrochemical Impedance Spectroscopy on gold sputtered samples sintered by Spark Plasma Sintering method with high relative density (>95%). We found that Mg$^{2+}$ doping hinders the alpha phase formation, but at the same time both Li$^+$ and Mg$^{2+}$ are suspected to contribute to the conductivity in this solid electrolyte material. Further analysis will be held to study the Li$^+$ and MgMg$^{2+}$ diffusions in these materials using post-mortem ion beam analysis on half-cells with Mg metal or Li metal anodes.

Published
2018

19. Exploring the electrochemical behavior of InSb as negative electrode for Mg-ion batteries

Author

Gauthier, Magali, Blondeau, Lucie, Foy, Eddy, Surblé, Suzy, Khodja, Hicham, Palacin, Serge, Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures (IRAMAT - LMC), Institut de Recherches sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Montaigne-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Montaigne-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Abstract

International audience; Magnesium metal has a tendency to react with conventional electrolytes to form a barrier on its surface[1], rendering cations exchange impossible, and thus dramatically limiting reversible stripping/deposition of Mg. Unlike Mg metal, alloys based on p-block elements (Sn, Sb, In, Pb, Bi) do not appear to suffer from the formation of a blocking passivation layer in conventional electrolytes. These substitute electrodes appear therefore as a promising solution to overcome the problem of compatibility with electrolytes, even if the reaction mechanisms behind their operation in conventional electrolytes are still unsolved. In order to improve the performance of these electrodes, we evaluated a possible synergy effect between p-block elements, as already shown for SnSb[2] and BiSb[3]. We chose to work on InSb that may combine the high theoretical capacity of Sb and the lowest working potential reported for In. InSb, synthetized by ball-milling, shows an electrochemical behavior (Figure 1) drastically different from those of the lone elements. We will demonstrate that the combination of In and Sb is beneficial as it promotes the reactivity of Sb, similarly to BiSb alloy[3]. Structural and morphological ex situ characterization will also be described in details and correlated with the peculiar electrochemical behavior of InSb. Figure 1: Voltage profile of an InSb-based electrode cycled at a rate of C/100 in an electrolyte based of EtMgCl and Et2AlCl in THF.

Published
2018

21. Soil Processes, Pedofeatures and Microscale Metal Distributions: Relevant Study of Contaminant-Dynamics Calls for Pedology-Based Soil-Depth Sampling Strategies

Author

Van Oort, Folkert, Foy, Eddy, Labanowski, Jérôme, Leguédois, Sophie, Jongmans, Toine, Van Oort, Folkert, Foy, Eddy, Labanowski, Jérôme, Leguédois, Sophie, and Jongmans, Toine

Abstract

Short-term variations of soil conditions affect the form, mobility and bioavailability of metal pollutants. Released metals migrate toward depth where they are intercepted or precipitate, leading to variable spatial metal distribution patterns, at a macro-, meso- and microscale. Studies at a mesoscale give access to trace metal (TM) associations induced by pedological processes. Although scarcely documented, such meso-scale studies represent an essential step for relevant environmental risk assessment, halfway between field- and molecular-scale investigations. We argued for such approach by performing optical microscopy and micro-X-ray fluorescence on thin sections from two soils, contaminated either by industrial zinc-smelter waste or by urban wastewater. Consistent correlation between key indicators of pedological processes (Fe, Mn, and Ca) and trace metals (Zn, Pb, and Cu) on some 20 elemental maps of TM-hosting soil constituents and pedofeatures reveal distinct coinciding localizations, illustrating TM-accumulation via interception or (co)-precipitation processes. Micromorphological interpretation of characteristic pedofeatures in subsurface horizons (crystals, argillans, ferrans, and mangans) containing significant amounts of TM provide valuable insight into the contaminant dynamics in terms of lixiviation, colloidal transport, redox conditions, or fungal activity. Our mesoscale approach stresses the importance of pedology-based sampling strategies, instead of systematic soil-depth sampling, for soil contamination research in natural ecosystems. View Full-Text

Published
2018

24. Silicon Core Carbon Shell Nanoparticles By Scalable Laser Pyrolysis for Li-Ion Alloy Anodes – Material Synthesis and Performance Characterization

Author

Alper, John P., Boismain, Florent, Sourice, Julien, Porcher, Willy, Foy, Eddy, Reynaud, Cécile, Haon, Cédric, Herlin-Boime, Nathalie, Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures (IRAMAT - LMC), Institut de Recherches sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Palacin, Serge

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Abstract

International audience; As the world moves away from distributed fossil fuel use in order to mitigate the climatic effects of carbon pollution, the need for high energy density storage devices continues to grow. Secondary lithium ion batteries (LiB) are one such attractive energy storage device. Current LiB technology relies on graphitic carbon as the anode material, with a theoretical capacity of 372 mAh/g. In order to increase the energy density of LiBs, anode materials with a greater capacity for lithium storage are under intense investigation. Materials which form alloys with lithium such as antimony, germanium, silicon, and tin, all have theoretical capacities which far surpass graphite. However silicon, as the most naturally abundant element and possessing a theoretical capacity of 3579 mAh/g in the Li$_{15}$Si$_4$ alloy, is the most promising for global adoption in next generation LiBs. There are issues which require resolution before silicon can be implemented. Large volumetric changes associated with the lithiation-delithiathion process ($\sim$300%) result in material pulverization and loss of electrical contact. Also unstable solid-electrolyte-interphase (SEI) formation during cycling results in the consumption of lithium during operation and capacity fade [2]. Previous studies have conclusively shown that the former issue may be mitigated by utilizing nano-scale silicon materials, with particles under 150 nm in diameter remaining intact during the swelling and contraction associated with cycling. It has also been demonstrated that by encapsulating the silicon materials in carbon shells shows promise in stabilizing the SEI. Here we present a scalable process to achieve this core-shell morphology via laser mediated pyrolysis. The technique, which has been used to produce various ceramic, oxide, and metallic particles, has already been utilized on the industrial scale for silicon nanoparticle production. Previously our group demonstrated the capacity of crystalline silicon core-carbon shell materials, synthesized in a two stage pyrolysis reactor, reaches ~500 mAh/g and retains over 70% capacity at a fast 2C rate over 500 cycles. Amorphous silicon, with isotropic expansion upon lithiation, holds promise in forming a more stable SEI than crystalline silicon, and hence increased capacity retention. We have tuned pyrolysis reaction parameters in order to obtain consistent production of amorphous silicon nanoparticle cores. In this talk, a comparison of the battery testing results for amorphous vs. crystalline silicon cores will be presented. Steps to overcome present challenges with the cyclability and irreversible capacity loss due to SEI formation will also be discussed.

Published
2016

25. Influence of iron corrosion on nuclear glass alteration processes: nanoscale investigations of the iron-containing phases

Author

Carrière, Charly, Gentaz, Lucile, Neff, Delphine, Mercier-Bion, Florence, Foy, Eddy, Martin, Christelle, Dynes, James, Bouttemy, Muriel, Etcheberry, Arnaud, Dillmann, Philippe, Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures (IRAMAT - LMC), Institut de Recherches sur les Archéomatériaux (IRAMAT), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Canadian Light Source, University of Saskatchewan [Saskatoon] (U of S), Institut Lavoisier de Versailles (ILV), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Palacin, Serge

Subjects
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Abstract

International audience; Several strategies propose to store and confine High level Radioactive Waste in a deep geological disposaI. Andra (French National Radioactive Waste Management Agency) suggests a multi barrier system including the glass canister, a carbon steel overpack and a low permeability clay host rock to prevent borosilicate glass alteration and to limit migration of radionuclides released under the action of water. However after thousand years and resaturation of clay, water will corrode the carbon steel overpack causing the release iron ions and precipitation of iron carbonates as corrosion products. The glass matrix will alter through glass hydrolysis and release silicon in solution. Thus, neoformed Fe-Si-O phases can precipitate in the glass alteration layer (GAL) or at the outer part of the GAL and lower the concentration of Si in solution, increasing glass dissolution. Consequently identification and characterization of nanocrystallized Fe-Si-O phases is crucial for modelling the mechanism of glass alteration in contact with iron. The results presented here are obtained on samples (mix of nuclear glass and iron powder) altered in the underground Laboratory of Bure (France). Nanoscale investigations ("Transmission Electron Microscopy and Scanning Transmission X-Ray Microscopy) show presence of neoformed nanocristallized phases (iron silicates) inside GAL and on the iron corrosion products (CP). Several families of structured Si-Fe-O phases are identified (e.g. smectite, chlorite, serpentine) according to the localization and the valence of iron in CP.

Published
2016

32. One-Step Synthesis of TiO 2 /Graphene Nanocomposites by Laser Pyrolysis with Well-Controlled Properties and Application in Perovskite Solar Cells.

Author

Belchi R, Habert A, Foy E, Gheno A, Vedraine S, Antony R, Ratier B, Bouclé J, and Herlin-Boime N

Abstract

This work presents an original synthesis of TiO 2 /graphene nanocomposites using laser pyrolysis for the demonstration of efficient and improved perovskite solar cells. This is a one-step and continuous process known for nanoparticle production, and it enables here the elaboration of TiO 2 nanoparticles with controlled properties (stoichiometry, morphology, and crystallinity) directly grown on graphene materials. Using this process, a high quality of the TiO 2 /graphene interface is achieved, leading to an intimate electronic contact between the two materials. This effect is exploited for the photovoltaic application, where TiO 2 /graphene is used as an electron-extracting layer in n-i-p mesoscopic perovskite solar cells based on the reference CH 3 NH 3 PbI 3- x Cl x halide perovskite active layer. A significant and reproducible improvement of power conversion efficiencies under standard illumination is demonstrated, reaching 15.3% in average compared to 13.8% with a pure TiO 2 electrode, mainly due to a drastic improvement in fill factor. This beneficial effect of graphene incorporation is revealed through pronounced photoluminescence quenching in the presence of graphene, which indicates better electron injection from the perovskite active layer. Considering that a reduction of device hysteresis is also observed by graphene addition, the laser pyrolysis technique, which is compatible with large-scale industrial developments, is therefore a powerful tool for the production of efficient optoelectronic devices based on a broad range of carbon nano-objects., Competing Interests: The authors declare no competing financial interest.

Published
2019
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