Nouveaux catalyseurs hétérogènes à base de polyoxométallates et de Metal-Organic Frameworks pour la réduction photocatalytique du CO2

New heterogeneous catalysts based on polyoxometalates and Metal-Organic Frameworks for the photocatalytic reduction of CO2

• Auteur / Autrice : Khadija Talbi
• Direction : Anne Dolbecq-bastin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lavoisier de Versailles
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines

Mots clés

Mots clés libres

Photocatalyse

Matériaux

Polyoxometalates

Photocatalysis

Materials

Polyoxometalates

Résumé

L'un des défis majeurs dans le domaine de la photocatalyse concerne le développement de catalyseurs hétérogènes sans métaux nobles, efficaces, sélectifs et recyclables. Le sujet de thèse propose d'élaborer de nouveaux photosystèmes pour la réduction du CO2 à partir de polyoxométallates (POMs) immobilisés dans les cavités de matériaux de type metal-organic framework (MOF) photosensibles. Dans ces matériaux POM@MOFs, les POMs pourront jouer le rôle de relais d'électrons/protons ou de catalyseurs. A cet égard, la première étape du projet consistera à explorer la synthèse d'une famille de POMs réduits et à étudier leurs propriétés photocatalytiques en conditions homogènes, avant de les immobiliser dans des MOFs. Au-delà de l'optimisation de ces photosystèmes qui sera réalisée par le choix approprié du POM, du MOF, du photosensibilisateur et des conditions de photocatalyse, l'accent sera également mis sur la mise en forme des matériaux (élaboration de nanoMOFs, de mesoMOFs, de films minces) dans le but d'optimiser leur surface active. Les propriétés photocatalytiques seront étudiées en conditions homogènes et solide-liquide, dans le cadre d'une collaboration avec le Collège de France (Paris), et pour les plus prometteurs en conditions solide-gaz, avec l'eau comme donneur d'électrons, en utilisant le montage mis au point à l'IFPEN (Solaize).

One of the major challenges in the field of photocatalysis is the development of efficient, selective and recyclable noble metal-free heterogeneous catalysts. This thesis proposes to develop new photosystems for CO2 reduction based on polyoxometalates (POMs) immobilized in the cavities of light-sensitive metal-organic framework (MOF) materials. In these POM@MOFs materials, POMs can act as electron/proton relays or as catalysts. In this respect, the first step of the project will be to explore the synthesis of a family of reduced POMs and to study their photocatalytic properties under homogeneous conditions, before immobilizing them in MOFs. Beyond the optimization of these photosystems which will be achieved by the appropriate choice of POM, MOF, photosensitizer and photocatalytic conditions, the focus will also be placed on the shaping of the materials (elaboration of nanoMOFs, mesoMOFs, thin films) in order to optimize their active surface. Photocatalytic properties will be studied under homogeneous and solid-liquid conditions, in the framework of a collaboration with the Collège de France (Paris), and for the most promising ones under solid-gas conditions, with water as electron donor, using the set-up developed at IFPEN (Solaize).