BEGIN:VCALENDAR VERSION:2.0 PRODID:-//wp-events-plugin.com//6.1.5//EN TZID:Europe/Paris X-WR-TIMEZONE:Europe/Paris BEGIN:VEVENT UID:235@w3.insp.upmc.fr DTSTART;TZID=Europe/Paris:20260925T140000 DTEND;TZID=Europe/Paris:20260925T140000 DTSTAMP:20260924T152731Z URL:https://w3.insp.upmc.fr/events/soutenance-de-these-phd-defense-guillau me-benas-25-09-26/ SUMMARY:Soutenance de thèse - PhD Defense - Guillaume Benas - 25/09/26 DESCRIPTION:[wp-svg-icons icon="location" wrap="I"] Amphithéâtre Herpin\, bâtiment Esclangon\n\nGuillaume Benas\, doctorant dans l'équipe Oxydes en basses dimensions\nModélisation des conducteurs superioniques de type Andersson-Wadsley\n \;\nRésumé\nDans le but de développer des dispo sitifs de stockage d’énergie plus performants\, sûrs et durables\, la recherche de matériaux pour l’élaboration de systèmes tout-solides s ’est intensifiée ces dernières années. Les oxydes de titane de type A ndersson-Wadsley M2Ti2O5 (M = Rb ou K) présentent une conductivité ioniq ue/protonique élevée à température ambiante ainsi qu’une permittivit é diélectrique importante\, ce qui en fait des candidats prometteurs pou r des applications comme électrolytes solides. Ces matériaux font l’ob jet de nombreuses études expérimentales\, qui relient leurs propriétés à leur caractère fortement hygroscopique\, sans toutefois permettre de décrire les mécanismes atomiques responsables de leurs propriétés macr oscopiques. Cette thèse vise ainsi\, par des calculs ab initio fondés su r la théorie de la fonctionnelle de la densité\, à étudier plusieurs a spects de Rb2Ti2O5 à l’échelle atomique\, et notamment son hydratation .\nCe travail présente tout d’abord une description du volume cristalli n et met en évidence le caractère lamellaire de la structure. La coordin ence inhabituelle des titanes\, entourés d’oxygènes selon une géomét rie penta-pyramidale\, confère notamment aux oxygènes apicaux une mobili té et une réactivité accrues\, ainsi qu’une mobilité des ions Rb+ da ns le plan (001). Ces caractéristiques facilitent l’incorporation de mo lécules d’eau dans l’espace inter-couches\, où elles s’organisent en chaînes orientées suivant la direction b. Le réseau de liaisons hydr ogène ainsi formé présente des signatures vibrationnelles en accord ave c les observations expérimentales et pourrait favoriser des mécanismes c ollectifs de transfert de protons. L’hydratation du volume reste cependa nt limitée à de faibles taux\, ne permettant pas d’expliquer les impor tantes teneurs en eau mesurées expérimentalement.\nL’étude porte ensu ite sur les surfaces de bas indices. Pour chacune\, les relaxations de la terminaison stœchiométrique et non reconstruite sont décrites et leur i nteraction avec l’eau est étudiée. Les surfaces (010) et (100) présen tent des contraintes importantes\, suggérant de possibles reconstructions et expliquant leur forte réactivité vis-à-vis de l’eau. Tandis que l es molécules d’eau forment un arrangement complexe et facilement réori entable sur la surface (010)\, les titanes sous coordonnés de la terminai son (100) dissocient spontanément les molécules d’eau voisines. L’é nergie de clivage particulièrement faible de la surface (001) indique que celle-ci devrait constituer la terminaison majoritairement exposée\, en accord avec le plan de clivage expérimental entre deux feuillets. Sa rela xation conduit naturellement à l’organisation des molécules d’eau en chaînes\, similaires à celles observées dans l’inter-couche du volum e. L’hydratation stabilise fortement cette surface\, jusqu’à compense r l’énergie de clivage. La formation favorable de terminaisons (001) hy dratées en conditions humides pourrait ainsi expliquer l’incorporation de grandes quantités d’eau.\nEnfin\, cette thèse se concentre sur la s urface (001) qui apparaît comme un milieu privilégié pour l’activité physico-chimique du matériau\, en étudiant certains défauts susceptibl es de jouer un rôle dans la conduction protonique ainsi que son interacti on avec des espèces carbonatées. La formation de lacunes d’oxygène ap paraît plus favorable en surface que dans le volume\, tandis que la solva tation des ions Rb⁺ dans les couches d’eau adsorbées constitue une vo ie possible de transfert de protons vers la surface. Par ailleurs\, la ter minaison (001) présente une forte réactivité vis-à-vis du dioxyde de c arbone et un effet catalytique dans la formation d’acide carbonique ou d ’hydrogénocarbonate. La formation de ces groupes carbonatés favorise l a délocalisation de protons entre la surface et les espèces carbonatées et induit des défauts dans les chaînes d’eau\, ce qui pourrait alors contribuer au transport protonique.\n\nAbstract\nIn the pursuit of more ef ficient\, safer\, and more sustainable energy storage technologies\, resea rch into materials for the development of all-solid-state systems has inte nsified in recent years. Andersson Wadsley-type titanium oxides M2Ti2O5 (M = Rb or K) exhibit high ionic/protonic conductivity at room temperature\, as well as a high dielectric permittivity\, making them promising candida tes for applications as solid electrolytes. These materials have been the subject of numerous experimental studies\, which relate their properties t o their strongly hygroscopic nature\, but do not provide insight into the atomic-scale mechanisms responsible for their macroscopic properties. In t his context\, this thesis uses ab\ninitio calculations based on density fu nctional theory to investigate several aspects of Rb2Ti2O5 at the atomic s cale\, with a particular focus on its hydration.\nFirst\, the bulk crystal structure is described\, highlighting its layered nature. The unusual coo rdination of titanium atoms\, surrounded by oxygen atoms in a pentagonal-p yramidal geometry\, gives the apical oxygen atoms enhanced mobility and re activity\, as well as allowing Rb⁺ ions to move within the (001) plane. These characteristics facilitate the incorporation of water molecules into the interlayer space\, where they organize into chains oriented along the b direction. The resulting hydrogen-bond network exhibits vibrational sig natures in good agreement with experimental observations and may promote c ollective proton-transfer mechanisms. However\, bulk hydration remains lim ited to low water contents\, and therefore cannot account for the large am ounts of water measured experimentally.\nThe study then focuses on low-ind ex surfaces. For each surface\, the relaxation of the stoichiometric\, unr econstructed termination is described and its interaction with water is in vestigated. The (010) and (100) surfaces exhibit significant surface stres ses\, suggesting possible reconstructions and explaining their high reacti vity towards water. While water molecules form a complex and readily reori entable arrangement on the (010) surface\, undercoordinated titanium atoms at the (100) termination spontaneously dissociate neighboring water molec ules. The particularly low cleavage energy of the (001) surface indicates that it should constitute the predominant exposed termination\, in agreeme nt with the experimentally observed cleavage plane between two layers. Rel axation of this termination naturally leads to the organization of water m olecules into chains similar to those observed in the bulk interlayer spac e. Hydration strongly stabilizes this surface\, to the extent of compensat ing for the cleavage energy. The favorable formation of hydrated (001) ter minations under humid conditions could therefore explain the incorporation of large amounts of water.\nFinally\, this thesis focuses on the (001) su rface\, which appears to be a particularly favorable environment for the p hysicochemical activity of the material. Defects that may play a role in p roton conduction are investigated\, along with the interaction of the surf ace with carbonate species. The formation of oxygen vacancies is found to be more favorable at the surface than in the bulk\, while the solvation of Rb⁺ ions within the adsorbed water layers provides a possible pathway f or proton transfer towards the surface. Furthermore\, the (001) terminatio n exhibits strong reactivity towards carbon dioxide and a catalytic effect on the formation of carbonic acid or hydrogencarbonate. The formation of these carbonate species promotes proton delocalization between the surface and the carbonate groups and induces defects within the water chains\, wh ich could contribute to proton transport.\n \;\n\nJury\n\n Eric Bousq uet (Maître de recherche FNRS\, HDR\, Université de Liège\, Belgique) — Rapporteur\n Dominique Costa (Directrice de recherche CNRS\, LPCS-ENS CP Paris) — Rapporteure\n Sylvain Franger (Professeur\, ICMM\, Universi té Paris-Saclay\, Paris) — Examinateur\n Gwenaëlle Rousse (Professeur e\, Collège de France et Sorbonne Université\, Paris) — Examinatrice\n Brigitte Leridon (Directrice de recherche CNRS\, LPEM/ESPCI\, PIONIQ\, P aris) — Co-directrice de thèse\n Fabio Finocchi (Directeur de recherch e CNRS\, INSP\, Sorbonne Université\, Paris) — Directeur de thèse\n ATTACH;FMTTYPE=image/jpeg:https://w3.insp.upmc.fr/wp-content/uploads/2026/ 09/TH_G_Benas.jpg CATEGORIES:Soutenances de thèses/PhD Defenses LOCATION:Sorbonne Université - Campus Pierre et Marie Curie\, 4 place Juss ieu\, Paris\, France\, 75005\, IDF\, France X-APPLE-STRUCTURED-LOCATION;VALUE=URI;X-ADDRESS=4 place Jussieu\, Paris\, F rance\, 75005\, IDF\, France;X-APPLE-RADIUS=100;X-TITLE=Sorbonne Universit é - Campus Pierre et Marie Curie:geo:0,0 END:VEVENT BEGIN:VTIMEZONE TZID:Europe/Paris X-LIC-LOCATION:Europe/Paris BEGIN:DAYLIGHT DTSTART:20260329T030000 TZOFFSETFROM:+0100 TZOFFSETTO:+0200 TZNAME:CEST END:DAYLIGHT END:VTIMEZONE END:VCALENDAR