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Nguyen Thi, Quyen. Développement de photoélectrodes hybrides via l'assemblage d'un photosensibilisateur à base de ruthénium et d'un nanocatalyseur métal-oxyde métallique pour la génération d'O2 solaire

Nguyen Thi, Quyen (2021). Développement de photoélectrodes hybrides via l'assemblage d'un photosensibilisateur à base de ruthénium et d'un nanocatalyseur métal-oxyde métallique pour la génération d'O2 solaire.

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Résumé en francais

Dans ce travail, différents systèmes catalytiques nanostructurés ont été synthétisés par une approche organométallique pour obtenir des nanoparticules de petite taille et de distribution de taille étroite, et leur activité catalytique dans la réaction d'oxydation de l'eau a été évaluée. Premièrement, des NPs de fer stabilisées par l'acide oléique ont été synthétisées qui présentaient une taille moyenne d'env. 10 nm ± 1,1 nm. Une couche d'oxyde, gamma-Fe_2O_3, d'env. 2,6 nm d'épaisseur a été formée à leur surface pour obtenir des structures cœur-coquille Fe@FeOx d'env. 11,5 ± 2,3 nm de diamètre. Malgré leur hydrophobicité, ces nanoparticules ont montré une bonne activité électrocatalytique en conditions alcalines. La coquille d'oxyde gamma-Fe_2O_3 étant bien adaptée au greffage de groupements phosphoniques, ces NPs Fe@FeOx ont été greffées avec différents acides aminophosphoniques afin de les transférer dans l'eau. Une évaluation préliminaire de leur activité catalytique montre une amélioration lorsque les NPs sont greffées avec l'acide 3-aminopropyl phosphonique, ce qui ouvre des perspectives prometteuses. En outre, un photosensibilisateur, un complexe Ru-phénanthroline avec un groupe phosphonate pendant, a été synthétisé et greffé sur les NPs Fe@FeOx pour former une photoanode hybride et catalyser la photoélectrodécomposition de l'eau. Des processus mono et biphasiques ont été étudiés pour greffer le complexe à la surface des nanoparticules. Le processus monophasique s'est avéré plus efficace car il a fourni une densité de greffage plus élevée (respectivement 56 et 9 Ru par NP pour les processus mono et biphasiques). Des mesures photoélectrochimiques ont montré que le nanocatalyseur hybride comprenant la teneur en Ru la plus élevée était env. 9 fois plus actif qu'un simple mélange entre un photosensibilisateur au ruthénium sans fonction de greffage et les nanoparticules Fe@FeOx, et env. 40 fois plus actif que les NPs Fe@FeOx. L'amélioration des performances pourrait être attribuée à un transfert d'électrons plus efficace entre le photosensibilisateur et le catalyseur Fe@FeOx grâce à la liaison covalente entre ces deux composants. Le greffage covalent s'est avéré améliorer non seulement l'activité photocatalytique mais également la stabilité du système. Enfin, des NPs NiFe amorphes (diamètre env. 4 nm) avec deux compositions différentes (Ni_0,5Fe_0,5 NPs et Ni_0,68Fe_0,32 NPs) ont été synthétisées, oxydées à l'air et fonctionnalisées avec de l'acide 3-aminopropyl phosphonique. L'activité électrocatalytique de ces NP hydrosolubles a été étudiée en milieu alcalin, en comparaison avec des NPs NiOx, FeOx et Ni_0.1Fe_0.9Ox. Les NPs hydrosolubles contenant 32% de Fe (Ni_0,68Fe_0,32Ox) ont montré l'activité la plus élevée et une bonne durabilité en solution alcaline. Ces caractéristiques rendent ces NP amorphes potentiellement applicables dans les cellules photoélectrochimiques pour la photodécomposition de l'eau.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Amiens, Catherine
Tran Dinh, Phong
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC), UPR 8241
Mots-clés libres :Nanoparticules d'oxyde de fer - Nanoparticules bimétalliques NiFe - Catalyseur d'oxydation de l'eau - Photoanode hybride - Photosensibilisateur à base de ruthénium - Décomposition de l'eau
Sujets :Chimie
Déposé le :08 Sep 2021 10:14