Afin de surmonter les obstacles liés aux réseaux électriques alimentés par des combustibles fossiles et d'ouvrir la voie à une énergie durable, l'utilisation de dispositifs de conversion et de stockage électrochimiques exploitant l'hydrogène comme vecteur énergétique, issu de sources renouvelables, présente un grand intérêt. Dans ce contexte, les électrolyseurs d'eau, les piles à combustible et les piles à combustible régénératives se distinguent par leur rendement de conversion énergétique élevé. Ce projet vise à développer une série de nouveaux matériaux composites hybrides pour étudier les réactions se produisant aux électrodes de ces dispositifs : la production d'hydrogène (HER) et la production d'oxygène (OER) dans les électrolyseurs et les piles à combustible régénératives ; et les réactions de réduction de l'oxygène (ORR) et d'oxydation de l'hydrogène (HOR) dans les deux types de piles à combustible. Les matériaux hybrides seront synthétisés à partir de matériaux carbonés dopés avec des hétéroatomes (S, N, P) et d'autres composés inorganiques tels que des carbures métalliques. L'effet des liquides ioniques sur l'activité et la stabilité des composites obtenus sera étudié (puisqu'ils peuvent agir comme liant ou comme catalyseur) en milieux basique et acide. L'activité catalytique des points quantiques de graphène sera également étudiée. Enfin, des métaux non nobles (Cu, Fe, Ni, Mo) seront introduits comme catalyseurs potentiels. L'objectif est d'accroître l'activité électrocatalytique tout en évitant l'utilisation de métaux nobles, ce qui permettra de réduire significativement le coût des catalyseurs pour ces dispositifs. Les matériaux préparés seront caractérisés structuralement par diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique en transmission (MET), spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS), microscopie à effet tunnel (STM) et spectroscopie Raman (RM). Des analyses texturales et fonctionnelles seront également réalisées à partir des isothermes d'adsorption de molécules sondes appropriées. La chimie des différents matériaux carbonés sera étudiée par désorption à température programmée (TPD), spectroscopie photoélectronique X (XPS) et analyse élémentaire. Les réactions électrochimiques seront initialement étudiées à l'aide de techniques électrochimiques conventionnelles telles que la voltampérométrie à balayage linéaire ou cyclique et les électrodes à disque rotatif. Enfin, des études spectroélectrochimiques seront menées, appliquant des techniques spectroscopiques in situ adaptées aux systèmes électrochimiques, notamment la spectroscopie Raman, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la spectrométrie de masse. Les techniques de disque et d'anneau ainsi que la microscopie électrochimique à balayage seront également utilisées afin d'évaluer et de comprendre les principes fondamentaux et les mécanismes des réactions électrochimiques des nanocomposites hybrides, permettant ainsi une conception optimisée de ces matériaux grâce à l'étude de la relation structure-activité.