Production d'hydrogène par photo-électrolyse de l'eau

Hydrogen production by photoelectrolysis of water

• Auteur / Autrice : Lorenzo Lombardi
• Direction : Dmitry Aldakov
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie inorganique et Bio inorganique
• Date : Inscription en doctorat le 01/02/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes Moléculaires et Nano Matériaux pour l'Énergie et la Santé

Mots clés

Mots clés libres

Hydrogène

Électrolyse

Points quantiques

Hydrogen

Electrolysis

Quantum dots

Résumé

La thèse s'inscrit dans le cadre d'un partenariat industriel CEA-Engie financé récemment sur la production d'hydrogène par photo-électrolyse de l'eau (projet ANR chaire industrielle PROSPER-H2 piloté par V.ARTERO (IRIG/DIESE/LCBM). Un des objectifs de ce partenariat est de fabriquer des électrodes à base de TiO2 et NiO nanostructurées qui seraient actives dans les conditions de l'électrolyse photo-assisté de l'eau pour la production de dihydrogène. Dans le cadre de la thèse des nanocristaux colloïdaux semi-conducteurs ('quantum dots') innovants seront synthétisés pour bénéficier de leur absorption de lumière solaire élevée, du contrôle de leurs niveaux d'énergie grâce à l'ajustement facile de la composition chimique et la taille, ainsi que leur stabilité chimique et photochimique. Des nanocristaux sans métaux lourds seront privilégiés pour rendre le processus de photoélectrocatalyse plus éco-responsable. Des stratégies variées de l'amélioration des propriétés de QDs seront employées telles que l'ingénierie de surfaces (ligands, coquilles, passivation). Dans le laboratoire IRIG/DIESE/SyMMES nous avons de l'expertise pour mener à bien ce projet en terme des approches chimiques pour accéder aux (nano)matériaux souhaités et à la disponibilité des moyens de caractérisation avancée. La thèse se déroulera en collaboration avec deux partenaires académiques (CEA/IRAMIS/NIMBE et CEA/IRIG/DIESE/LCBM) pour accéder aux électrodes nano-structurées avancées et aux techniques d'évaluation de photoélectrocatalyse, respectivement, et Engie (laboratoire CRIGEN). La réalisation des objectifs de la thèse permettra d'obtenir les système photoélectrocatalytiques avec la performance (en terme de rendement de production de dihydrogène) et de la stabilité (durée d'activité de ces systèmes) améliorés. De plus, dans le cadre du consortium avec d'autres unités du CEA et Engie nous aurons accès aux moyens à la fois de caractérisation et modélisation théorique mais aussi à l'environnement industriel pour pouvoir augmenter l'échelle de nos systèmes photoélectrochimiques.

The thesis is part of a recently funded CEA-Engie industrial partnership on hydrogen production by photoelectrolysis of water (ANR industrial chair project PROSPER-H2 led by V.ARTERO (IRIG/DIESE/LCBM). One of the objectives of this partnership is to fabricate nanostructured TiO2 and NiO-based electrodes that would be active under the conditions of photoassisted water electrolysis for the production of dihydrogen. In the framework of the thesis innovative colloidal semiconductor nanocrystals ('quantum dots') will be synthesized to benefit from their high sunlight absorption, control of their energy levels through easy adjustment of chemical composition and size, as well as their chemical and photochemical stability. Nanocrystals without heavy metals will be preferred to make the photoelectrocatalysis process more eco-friendly. Various strategies to improve the properties of QDs will be used such as surface engineering (ligands, shells, passivation). In the IRIG/DIESE/SyMMES laboratory we have the expertise to carry out this project in terms of chemical approaches to access the desired (nano)materials and the availability of advanced characterisation facilities. The thesis will be carried out in collaboration with two academic partners (CEA/IRAMIS/NIMBE and CEA/IRIG/DIESE/LCBM) to access advanced nano-structured electrodes and photoelectrocatalysis evaluation techniques, respectively, and Engie (CRIGEN laboratory). The realisation of the thesis objectives will lead to photoelectrocatalytic systems with improved performance (in terms of dihydrogen production yield) and stability (duration of activity of these systems). Moreover, in the framework of the consortium with other units of the CEA and Engie we will have access to the means of both characterization and theoretical modeling but also to the industrial environment to be able to increase the scale of our photoelectrochemical systems.