Matériaux catalytiques innovants à base d’hydroxydes lamellaires nanostructurés et de complexes organométalliques ou d’oxydes métalliques pour la catalyse de l’électroréduction sélective du CO2
Auteur / Autrice : | Mélanie Guyot |
Direction : | Sylvie Chardon-Noblat, Cyrille Costentin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie inorganique et bio inorganique |
Date : | Soutenance le 30/11/2023 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale chimie et science du vivant |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Département de chimie moléculaire (Grenoble) |
Jury : | Président / Présidente : Antoine Bonnefont |
Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Chardon-Noblat, Carlos Sanchez Sanchez | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Lagrost, Christophe Bucher |
Mots clés
Résumé
Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte de la conversion du dioxyde de carbone (CO2) par voie électrochimique. Dans le cadre d’un projet ANR, en collaboration avec deux autres unités de recherche, nous avons travaillé sur l’élaboration de nouveaux catalyseurs hybrides pour la réaction de réduction du CO2 (RRCO2). Ces matériaux sont composés d’hydroxydes simples ou doubles lamellaires (LSH/LDH) et de catalyseurs organométalliques de la RRCO2, fonctionnalisés par des groupes anioniques du type carboxylates, sulfonates et phosphonates. Le premier axe de recherche est relatif à l’étude spectroélectrochimique (UV-Vis et IR) en solution de complexes rhénium(I) carbonyle bipyridine (bpy) modèles, et à l’impact de la connexion électronique des substituants de la bpy, via des liaisons directes ou via des espaceurs tel que méthylène ou phénylène, avec le centre métallique. Les études révèlent les mécanismes de réduction de ces complexes et montrent, que la déconnexion électronique des substituants du ligand bpy, servant à l’immobilisation des complexes dans les matériaux, avec le centre métallique du complexe est primordiale pour conserver les propriétés catalytiques. Par la suite l’intercalation de complexes de rhénium dans des LSH/LDH à base de Zinc et Mg-Al ont été réalisées, des études préliminaires par voltammétrie cyclique montrent le potentiel de ce type de matériaux hybrides pour la catalyse de l’électroréduction du CO2. La deuxième partie est consacrée à l’étude de l’intercalation d’une porphyrine de fer dans des LSH/LDH, ainsi qu’à l’étude des propriétés électrocatalytiques des matériaux résultants pour la RRCO2. L’analyse électrochimique indique que les porphyrines de fer ont une très faible activité lorsqu’elles sont immobilisées dans ce type de matériaux, le plus stable étant obtenu avec un LDH. Cette partie de notre étude a permis de mettre en évidence la non innocence des matériaux LDH/LSH, hôtes de porphyrine de Fe, pour la catalyse de réduction des protons durant la RRCO2. La troisième partie, décrit l’étude des propriétés électrochimiques de complexes Ru carbonyle, dont la bpy est substituée en position 5,5’ par une fonction ester ou acide, au vu de leur immobilisation dans des LSH/LDH. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’électroactivité et aux propriétés catalytiques intrinsèques des matériaux LSH/LDH à base de Cu. En effet, lorsque des feuillets hydroxylés contiennent du cuivre, après réduction les matériaux métalliques électrogénérés sont des catalyseurs de la RRCO2 en acide formique en milieu aqueux avec un rendement faradique de l’ordre de 40 %.