Projet « Nanoparticules de Polymères π-conjugués pour la Photocatalyse »

Project “Pi-conjugated organic Nanoparticles for H2 photocatalysis”

• Auteur / Autrice : Mathilde Leix
• Direction : Antoine Bousquet, Laurent Billon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie spécialité Polymères
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2025
• 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

Hydrogène

Nanoparticules

Polymères π-conjugués

Hydrogen

Nanoparticles

Pi-conjugated organic

Résumé

Les photons solaires constituent la plus grande source d'énergie sur Terre et leur exploitation contribuera à résoudre la crise énergétique sans nuire à l'environnement. En 2023, Bousquet et al., l'équipe du coordinateur de ce projet, ont démontré une méthode de production de nanoparticules organiques donneur-accepteur et ont obtenu des cellules solaires avec un rendement de 10 %, élaborées à partir de ces nouvelles encres à base d'eau. Cependant, la faiblesse du Photovoltaïque (PV) réside en l'intermittence de sa production énergétique. La production d'hydrogène (H2) via la photocatalyse de l'eau est apparue comme une fantastique solution pour stocker l'énergie solaire dans un carburant qui ne produit pas de CO2, ni pendant la production ni pendant la consommation. L'analyse du cycle de vie de différentes technologies de production d'H2 a déjà montré qu'un système colloïdal, dans lequel les photocatalyseurs sont dispersés sous forme de nanoparticules dans l'eau, serait la technologie la moins chère. Dans ce projet de thèse, qui fait partie d'un projet plus large, financé par l'ANR, nous allons transférer les connaissances acquises dans le domaine du photovoltaïque avec des encres aqueuses, à la photocatalyse. Nous combinerons des matériaux de pointe issus du PV organique et des co-catalyseurs moléculaires durables pour synthétiser de nouvelles nanoparticules dispersées dans l'eau. Nous utiliserons des techniques résolues dans l'espace et dans le temps pour caractériser la morphologie interne et les propriétés optoélectroniques de ces nano photoréacteurs. Enfin, le comportement photocatalytique de ces nanoparticules pour la production de H2 sera étudié en profondeur.

The sun's photons provide the largest source of energy on Earth and harnessing them could help solve the energy crisis without harming the environment. In 2023, Bousquet et al., the coordinator's group of this project, demonstrated a method for producing organic donor-acceptor nanoparticles and obtained solar cells with an efficiency of 10% elaborated from these novel water-based inks. However, the main weakness of Photovoltaics (PV) is the intermittency of energy production. Hydrogen (H2) production via photocatalytic water splitting has emerged as a fantastic solution for storing solar energy in a distributable fuel that does not produce CO2, neither during production nor consumption. A life cycle analysis of different technologies for H2 production has previously shown that a colloidal system, where the photocatalysts are dispersed as nanoparticles in water, would be the cheapest technology. In this PhD project, which is a part of a wider project financed by ANR, we will transfer the knowledge acquired in aqueous based PV to photocatalysis. We will combine organic PV state-of-the art materials and molecular sustainable co-catalyst to synthesize novel nanoparticles dispersed in water. We will use space and time-resolved techniques to characterize the internal morphology and optoelectronic properties of these nano-photoreactors. As a final step, the photocatalytic behaviour of these nanoparticles towards H2 production will be deeply investigated.