Des catalyseurs d'oxydation de l'eau homogènes aux blocs de construction fonctionnels pour les électrodes à porosité hiérarchique.

From homogeneous water oxidation catalysts to functional building blocks for hierarchical porosity electrodes.

• Auteur / Autrice : Aranya Sarkar
• Direction : Laurent Billon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 03/01/2022
• 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

Mots clés

Mots clés libres

Water Oxidation

Ru Catalysts

Metallopolymers

Green Hydrogen Production

Porous Polymers

Heterogenous Catalysis

Résumé

Les prévisions de demande d'énergie d'ici 2050 seront de l'ordre de 40 à 50 TW. Nous pouvons nous attendre à une forte augmentation de la demande d'énergie, qui peut être une augmentation de plus de 80 % par rapport à ce que nous avons consommé en 2020. De plus, compte tenu du taux d'augmentation du CO2 et des conséquences catastrophiques qu'elle produit pour notre planète, il est clair que notre société a un besoin urgent d'une source d'énergie renouvelable neutre en carbone. L'H2 pourrait constituer une solution attrayante et propre à ce problème, mais si le stockage et la séparation de l'hydrogène ont déjà été réalisés avec un certain succès, la question de savoir où trouver une source d'hydrogène durable reste sans réponse. Mère Nature utilise l'eau et la lumière du soleil comme source d'énergie dans ses processus photosynthétiques depuis le début de la Terre. C'est là que nous avons trouvé l'inspiration pour le projet.

La réaction de séparation de l'eau, qui conduit à la production d'hydrogène et d'oxygène, est un processus qui imite la photosynthèse naturelle. Ce processus est extrêmement important pour mettre au point un système de conversion durable de l'énergie solaire. Le développement de catalyseurs à base de métaux de transition abondants sur terre qui imitent le complexe d'évolution de l'oxygène du photosystème II, qui est impliqué dans l'oxydation de l'eau en O2 lors de la photosynthèse naturelle, représente également un défi majeur. Dans le cadre de notre projet, nous avons d'abord synthétisé des polymères PDMAEMA et POEGMA selon la méthode de polymérisation radicalaire contrôlée (ATRP), puis nous les avons attachés de manière covalente aux catalyseurs Ru (ligands bda et tda), qui sont bien établis dans le domaine de la chimie de l'oxydation de l'eau et fonctionnent dans une très large gamme de pH. Nous les avons caractérisés à l'aide de la RMN et de différentes méthodes électrochimiques. En utilisant les propriétés thermoréactives de ces polymères, nous avons contrôlé la cinétique de vitesse de la catalyse à différentes températures. Enfin, nous avons activé le catalyseur par voie chimique et quantifié le taux d'évolution de l'oxygène à différentes températures. Au cours de ces deux années, j'ai développé mes compétences sur la synthèse et la caractérisation des polymères, la synthèse de catalyseurs moléculaires et la catalyse homogène par électrochimie.