Soleil a New Powerful Tool for Materials Science

SOLEIL, un nouvel outil puissant pour les sciences des matériaux

¹ Synchrotron SOLEIL, L'Orme des Merisiers, Saint-Aubin, BP 48, 91192 Gif-sur-Yvette Cedex - France

Corresponding author: francois.baudelet@synchrotron-soleil.fr

Abstract

The first photons delivered by the third generation synchrotron source SOLEIL will be soon available for the scientific community. In this context, this paper presents an overview of the potentialities offered by this new machine for the study of materials. The outstanding brilliance of the SOLEIL source will enable to reduce by several orders of magnitude the data collection time for most of the synchrotron techniques (X-ray absorptionspectroscopy - EXAFS, wide and small angle X-ray scattering - WAXS and SAXS, X-ray diffraction - XRD, photoelectron spectroscopy and microscopy-XPS and PEEM, etc.) thus allowing an operando approach of catalysis processes. The spatial resolution, from a few micrometers to sub micrometer scale, accessible by microdiffraction and microspectroscopy in the wavelength range from the far IR to the hard X-rays, will provide spatial distributions of different elements (atomic and chemical state selectivity) in a material, from the working heterogeneous catalyst to the reservoir rocks. The reactivity of surfaces and nanoparticles exposed to controlled gas fluxes will be studied by several in situ techniques. Finally the combination of different synchrotron techniques (diffraction, absorption and fluorescence X) and the access to complementary information obtained through the simultaneous combination of these techniques with those routinely applied in Materials Science, such as UV-Vis or Raman spectroscopy, will offer enlarged capabilities for the operando characterization of materials.

Résumé

À l'aube des premiers photons disponibles sur l'anneau synchrotron de troisième génération SOLEIL, un état des possibilités offertes en sciences des matériaux sera présenté. La brillance exceptionnelle de cette machine permettra de réduire de plusieurs ordres de grandeur les temps d'acquisition typiques des différentes techniques synchrotrons (spectroscopie d'absorption- EXAFS, diffusion X aux petits et grands angles- SAXS et WAXS, diffraction des rayons X -XRD, spectroscopies et microscopie de photoélectrons -XPS et PEEM, etc.) les transformant en véritables techniques operando pour la caractérisation des matériaux et plus particulièrement des catalyseurs. La résolution spatiale à l'échelle de quelques microns et même submicronique, accessible par microdiffraction et microspectroscopie dans un domaine s'étendant de l'IR lointain aux X durs, pourra être mise à profit pour réaliser une cartographie atomiquement sélective de matériaux, du catalyseur hétérogène en action aux roches réservoirs. Un ensemble de techniques in situ permettra d'accéder à la réactivité de surfaces et de nanoparticules exposées à des flux gazeux contrôlés. La combinaison des techniques synchrotrons (diffraction, absorption et fluorescence X, etc.) ou l'apport d'informations complémentaires par combinaison simultanée de techniques classiques (Raman, UV-Vis, etc.) avec les techniques du synchrotron seront enfin un atout majeur pour la caractérisation operando des matériaux.