REGION - Modélisation computationnelle de sensibilisateurs fer–NHC à longue durée de vie MLCT et à injection de charge efficace

Offre de thèse

Date limite de candidature

31-05-2026

Date de début de contrat

01-10-2026

Directeur de thèse

PASTORE Mariachiara

Encadrement

Le doctorant sera co-encadré(e) par les deux co-directeurs de thèse (50/50). L'accompagnement sera très constant sur tout dans les premières étapes du projet pour assurer la maitrise des bases de la recherche bibliographique et l'appropriation su sujet de thèse. Des réunions seront régulièrement organisées pour discuter l'avancement des travaux, développer les capacités de communication des résultats du doctorant et délinéer les étapes suivantes des travaux. Le doctorant pourra aussi participer à toute l'offre de formation proposée par l'école doctorale, le collège lorrain des écoles doctorales (CLED), et l'Université de Lorraine. En conformité avec les règlements de l'Université de Lorraine, un comité de suivi de thèse sera mis en place, qui s'assurera de la cohérence scientifique du projet, de son avancement, et du bien-être du doctorant.

Type de contrat

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Candidater à cette offre

école doctorale

C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE

équipe

contexte

S'appuyant sur des calculs ab initio, ce projet s'inscrit dans l'axe « Interactions et Interfaces » du LPCT à travers la photochimie computationnelle. Il porte sur le développement de complexes de fer(II)–carbènes photoactifs, domaine d'expertise de pointe de l'équipe de chimie théorique. Forte de plus de dix ans de synergie avec ses partenaires expérimentaux, l'équipe bénéficie d'une reconnaissance internationale dans ce domaine. Mariachiara Pastore (MP, directrice de thèse) et Xavier Assfeld (XA, co-directeur de thèse) ont collaboré intensivement ces dernières années avec plusieurs groupes expérimentaux : le L2CM – Université de Lorraine (Philippe Pierrat), le DCM – Université Grenoble Alpes (Philippe Gros), l'Université de Strasbourg (Stefan Haacke) et l'Université de Ferrare en Italie (Stefano Caramori), afin de développer de nouveaux sensibilisateurs au fer(II). Ces travaux[1-5] ont démontré l'efficacité des approches computationnelles pour identifier les facteurs clés gouvernant la durée de vie des états excités et l'efficacité du transfert de charge interfacial lors de l'adsorption de colorants sur des surfaces semi-conductrices. Le consortium est désormais reconnu comme un acteur de premier plan dans le domaine des cellules solaires à colorant (DSSC) sensibilisées par des complexes de fer, un champ resté largement inexploré pendant près de deux décennies en raison de l'absence de stratégies de conception moléculaire adaptées. Récemment, à l'occasion d'un séjour en tant que professeur invité du Pr Celestino Angeli (CA) à l'Université de Lorraine, MP et CA ont initié un projet collaboratif consacré aux sensibilisateurs Fe(II). Ce projet combine des analyses DFT/TDDFT des structures électroniques avec de nouvelles perspectives issues de l'expression des fonctions d'onde CASSCF en termes d'orbitales moléculaires localisées sur les différents fragments du complexe (centre métallique et ligands). Cette collaboration a déjà donné lieu à un stage de Master 2 financé par le programme ORION de l'Université de Lorraine.

spécialité

Chimie

laboratoire

LPCT - Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques

Mots clés

Sensibilisateurs fer–NHC, DFT/TDDFT, CellulesCellules solaires sensibilisées au colorant

Détail de l'offre

Ce projet vise le développement de cellules solaires à colorant en remplaçant les colorants au ruthénium par des complexes de fer(II). L'objectif est de développer un cadre de modélisation computationnelle prédictif pour concevoir des sensibilisateurs de Fer plus performants. À l'aide des calculs ab initio avancés nous étudierons le mélange orbitélaire, la nature des états excités et les voies de relaxation. Ces travaux permettront d'orienter l'ingénierie moléculaire de colorants à base de fer pour des technologies photovoltaïques de nouvelle génération.

Keywords

Sensitizers Fe-NHC, DFT/TDDFT, Dye-Sensitized Solar Cells

Subject details

This project aims to develop dye-sensitized solar cells by replacing ruthenium-based dyes with iron(II) complexes. The objective is to establish a predictive computational modeling framework for the design of more efficient iron-based sensitizers. Using advanced ab initio calculations, we will investigate orbital mixing, the nature of excited states, and relaxation pathways. This work will guide the molecular engineering of iron-based dyes for next-generation photovoltaic technologies.

Profil du candidat

Nous recherchons un(e) doctorant(e) hautement qualifié(e), doté(e) d'un excellent parcours académique attesté par de très bons résultats au niveau master. Les candidat(e)s doivent être titulaires d'un master en chimie ou en physique et posséder de solides connaissances en chimie quantique ainsi qu'en méthodes théoriques appliquées aux états fondamentaux et excités, accompagnées de notions de base en photochimie et photophysique. Une expérience en programmation scientifique (par exemple en Fortran ou Python) est fortement souhaitée. Une bonne maîtrise de l'anglais écrit et oral est requise.

Candidate profile

We are seeking a highly qualified PhD candidate with an excellent academic record, as evidenced by strong Master's-level results. Applicants should hold a master's degree in chemistry or physics and have solid knowledge of quantum chemistry and theoretical methods for ground and excited states, along with basic understanding of photochemistry and photophysics. Experience in scientific programming (e.g., Fortran, Python) is highly desirable. Proficiency in written and spoken English is required.

Référence biblio

[1] Acc. Chem. Res. 2024, 57, 4, 439–449 ;
[2]Chem. Sci. 2023, 14, 4288–4301 ;
[3]ChemPhysChem 2022, 23, e202100659 ;
[4]J. Mater. Chem. A 2021, 9, 3540–3554 ;
[5]ChemPhotoChem 2019, 3, 666)