Élaboration de nanomatériaux nitrures et carbures de métaux de transition pour le domaine de l’énergie et de l’environnement

Elaboration of transition metal nitride and carbide nanomaterials for the energy and the environment.

• Auteur / Autrice : Guillaume Dubois
• Direction : Franck Tessier, Fabien Grasset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 03/04/2025
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : S3M
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Kwami Dodzi Zigah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Tessier, Fabien Grasset, Marie Colmont
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Bernard, Suzy Surblé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Électrolyse

Catalyseurs à base de métaux de transition

Nitrures des métaux de transition

Mots clés libres

Carbures

Nitrures

Métaux de transition

Composés à cluster

Catalyseurs

Électrolyse de l’eau

Carbides

Nitrides

Transition metals

Cluster compounds

Catalysts

Water electrolysis

Résumé

Ces travaux de recherche portent sur la synthèse de carbures et nitrures de molybdène et tantale (Mo₂C, Mo₅N₆ et Ta₃N₅) pour leurs utilisations en tant que catalyseurs ou photocatalyseurs pour la réaction de réduction de l’eau. Cette réaction a lieu à la partie cathodique de la réaction d’électrolyse ou de photolyse de l’eau. Une voie de synthèse originale utilisant les composés à cluster de molybdène et de tantale a été mise en œuvre. L’utilisation de cette famille de précurseurs permet l’obtention de carbures et nitrures de molybdène et tantale nanostructurés. Cette nanostructuration se caractérise par des surfaces spécifiques plus élevées, des tailles de particules plus petites et une porosité de surface plus importante que celles de leurs homologues obtenus par des voies plus classiques. L’influence de cette méthode de synthèse sur les propriétés physico-chimiques impacte l’activité catalytique des carbures et nitrures de molybdène et tantale pour la réaction de réduction de l’eau. Une méthode de synthèse par croissance du carbure Mo₂C sur un feutre de carbone comme support catalytique s’est montrée prometteuse comme cathode pour l’électrolyse de l’eau.

This research focuses on the synthesis of molybdenum and tantalum carbides and nitrides (Mo₂C, Mo₅N₆ et Ta₃N₅) for use as catalysts or photocatalysts for the hydrogen evolution reaction. This reaction takes place in the cathodic part of the electrolysis or photolysis reaction of water. An original synthesis route using molybdenum and tantalum cluster compounds has been implemented. The use of this family of precursors enables nanostructured molybdenum and tantalum carbides and nitrides to be obtained. This nanostructuring is characterized by higher specific surface areas, smaller particle sizes and greater surface porosity than their counterparts obtained by more conventional routes. The influence of this synthesis method on physico-chemical properties impacts the catalytic activity of molybdenum and tantalum carbides and nitrides for the hydrogen evolution reaction. A synthesis method involving the growth of Mo₂C carbide on carbon felt as a catalytic support has shown promise as a cathode for water electrolysis.