Modèles fonctionnels d’hydrogénases [NiFe]

• Auteur / Autrice : Cyril Pieri
• Direction : Marius Réglier, Renaud Hardre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/11/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Artero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Artaud, Philippe Schollhammer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nickel -- Composés

Électrochimie

Ligands

Catalyseurs

Hydrogène

Mots clés libres

Hydrogène

Catalyseurs

Ligands polythiolates

Électrochimie

Complexes Ni Ru

Hydrogen

Catalysts

Ni Ru complexes

Polythiolates ligands

Electrochemistry

Résumé

Les sources d'approvisionnement en énergie proviennent essentiellement des matières fossiles, qui se raréfient et dont la combustion relargue dans l'atmosphère des polluants et gaz à effet de serre.Un vecteur d'énergie apparaît comme l'avenir pour subvenir aux besoins énergétiques de la planète : l'hydrogène ; cependant, son coût de production reste très élevé.Dans la nature, des enzymes, les hydrogénases, sont capables de produire et d'oxyder l'hydrogène de manière très efficace. Les scientifiques se sont alors inspirés de ces enzymes afin de concevoir des complexes qui seraient des catalyseurs bien plus robustes pour produire de l'hydrogène.Au cours de cette thèse, nous avons pris comme source d'inspiration les hydrogénases [NiFe], dont le site actif est composé d'un coeur bimétallique Ni-Fe coordiné par quatres ligands thiolates.Nous avons synthétisé divers ligands en vue d'obtenir des complexes polymétalliques de Ni, Fe ou Ru, rassemblant ce qui semble être quelques unes des propriétés clés de l'activité des hydrogénases [NiFe] : ligands thiolate sur le nickel, dont deux pontants avec le second métal, géométrie tétraédrique du nickel. Pour cela, de nouvelles familles de ligands polythiolates ont été conçues et préparées.Les complexes ainsi préparés ont été caractérisés et leur activité évaluée par différentes techniques, dont la voltammétrie cyclique et l'électrolyse couplé à une GC, qui nous ont permis d'évaluer l'activité de nos catalyseurs (TON, TOF, surtension). Un des catalyseurs actifs a été utilisé comme support pour des simulations en DFT qui nous ont aidés à mieux comprendre le mécanisme catalytique de production d'hydrogène.

The energy supply sources are mainly based on fossil materials which are growing scarce and release pollutants and greenhouse gases.In this context, an energy vector appears as the future to feed the energetic needs of the planet: the Hydrogen; but its current production costs remain very high.Nature has deviced enzymes, hydrogenases, able to produce and oxidize hydrogen very efficiently. Nevertheless, the manipulation of these organisms is not easy, notably because of their susceptibility (oxygen inhibition, organic solvents, high temperatures), and their production costs are high.So, scientists have taken this inspiration source in order to design biomimetic and bioinspired models, which would much more robust and cheap catalysts to produce hydrogen.During this thesis, we have drawn our inspiration from [NiFe] hydrogenases, where the active site is a Ni-Fe core coordinated by four thiolate ligands. Our goal has been to design new polythiolate ligands, that gather some of the key hydrogenases [NiFe] properties responsible for their activity: thiolate ligands on the nickel, among them two brinding with the second metal, nickel tetraedric geometry.The synthesised complexes have been characterized and their activity tested (TON, TOF, overvoltage) by different techniques, among them cyclic voltammetry and electrolysis coupled to a GC.Finally, the bests have been tested further, thank to bulk electrolysis, which, coupled to a GC system, has enabled us to qualify and quantify the hydrogen production.One of our most active catalysts has been used as a support for DFT calculations, helping us to better undersand the catalytic hydrogen evolving mechanism.