Thèse soutenue

Vers la production d'hydrogène par photocatalyse : élaboration de structures organiques covalentes colloïdales induites par auto-assemblage réactif

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Auteur / Autrice : Axelle Larrieu
Direction : Laurent Billon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 20/12/2024
Etablissement(s) : Pau
Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
Jury : Président / Présidente : Stéphanie Reynaud
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Billon, Éric Cloutet, Nancy Lauth de Viguerie, Antoine Bousquet, Gaëlle Le Fer
Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Cloutet, Nancy Lauth de Viguerie

Mots clés

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Résumé

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Produit à partir d'eau, l’hydrogène vert représente une alternative potentielle à l’utilisation des énergies fossiles. Cependant, une transition énergétique vers l’hydrogène n’a de sens que s’il est produit à partir de ressources renouvelables et non obtenu grâce à des électrolyseurs alimentés par le réseau national d’électricité. Dans ce contexte, l’utilisation de catalyseurs photosensibles, capables de produire du H2 à partir d’énergie solaire, offre des perspectives prometteuses. Parmi les différents systèmes photocatalytiques, on trouve les « Covalent Organic Frameworks » (COFs).Les COFs sont constitués de molécules organiques capables de former des réseaux périodiques covalents bidimensionnels (feuillets) pouvant être empilés grâce à des interactions π-π pour former une structure tridimensionnelle. Ce sont des matériaux cristallins poreux, qui possèdent une grande résistance thermique et chimique. Grâce à ces propriétés, les COFs représentent de bons candidats pour la photocatalyse applicable à la réduction des protons en hydrogène (H2). Cependant, leur croissance cristalline rapide réduit leur solubilité, limitant le contrôle de leur morphologie ainsi que leur mise en œuvre. L’objectif de cette thèse est donc de contrôler la croissance cristalline des COFs en solution, en élaborant des objets auto-assemblés colloïdaux, pour faciliter leur utilisation. Dans cette optique, des agents bloquants de croissance ont été ajoutés lors de leur synthèse pour stopper leur croissance dans une direction de l’espace et ainsi confiner le réseau COF dans un cœur, stabilisé par l’agent bloquant. Un agent bloquant moléculaire et macromoléculaire ont été utilisés, dans le but d’apporter davantage de stabilité grâce à la formation d’encombrement stérique.De plus, l’utilisation d’un polymère hydrophile (Poly(2-(DiMéthylAmino)Ethyl MéthAcrylate)) comme agent bloquant, a permis d’obtenir des COFs colloïdaux stables dans l’eau. L’application de ces COFs colloïdaux à la photocatalyse a finalement montré que ces systèmes étaient capables de produire de l’hydrogène sous irradiation solaire à partir d’eau, ouvrant ainsi la voie à l’utilisation de COFs colloïdaux pour la production d’hydrogène.