Vers la construction d'une photocathode de production d'hydrogène par une approche moléculaire

par Nicolas Queyriaux

Thèse de doctorat en Chimie inorganique et Bio inorganique

Sous la direction de Vincent Artero et de Murielle Chavarot-Kerlidou.

Le président du jury était Guy Royal.

Le jury était composé de Clotilde Policar.

Les rapporteurs étaient Cyrille Costentin, Sylvestre Bonnet.


  • Résumé

    Alors que les besoins en énergie de nos sociétés modernes ne cessent de croître, et que la prise en compte des enjeux environnementaux occupe une place de plus en plus importante dans le développement de nouvelles technologies, la mise au point de procédés de production d’hydrogène utilisant des ressources renouvelables, telles que le rayonnement solaire comme source d'énergie ou l’eau comme donneur d’électrons et de protons, est un enjeu de toute première nécessité. Ce travail de thèse s’inscrit dans la continuité des études menées au sein de l’équipe « SolHyCat » du Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux sur le développement de systèmes électro- et photocatalytiques pour la réduction des protons en H2. Dans cette perspective, nous avons ainsi contribué à l’élaboration d’une photocathode moléculaire de production de H2 à travers la compréhension de différents paramètres moléculaires relatifs à sa construction. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la construction d’un lien covalent entre un motif photosensibilisateur et un centre catalytique de réduction des protons via la synthèse de dyades modèles. En parallèle, nous avons développé une méthodologie de synthèse permettant l’introduction de groupements d’ancrage robustes dans la sphère de coordination de photosensibilisateurs métallo-organiques. Enfin, l'étude des propriétés électrochimiques d'une nouvelle série de catalyseurs de réduction des protons à sphère de coordination polypyridinique a été étudiée.

  • Titre traduit

    Towards the construction of a H2-evolving photocathode by a molecular strategy


  • Résumé

    There is an urgent need to provide solutions for the energetic challenge our planet has to face. The production of “environmentally friendly” fuels such as dihydrogen H2 through sunlight-driven water splitting holds great promise. Hydrogen is indeed a carbon-free energy carrier that can be stored and used on request to produce electricity thanks to the mature fuel cell technology. Moreover, water and solar energy form the ideal couple for H2 production because they are both readily available and their use is considered to be safe for the environment. The design and study of molecular photocatalytic systems for H2 evolution from water has therefore been the subject of intensive research interest in the last decade and their implementation into functional dye-sensitized photoelectrocatalytic cells recently appeared in the literature. It is nevertheless necessary to optimize the efficiency of these molecular systems in order to reach the targeted solar-to-hydrogen conversion yield. In that context, this PhD thesis aimed at getting a better understanding of parameters relevant for the optimization of molecular H2-evolving photocathodes: first, different coupling strategies have been studied to covalently assemble a light-harvesting unit with a redox-active moiety; second, a synthetic methodology allowing introduction of robust anchoring groups in the coordination sphere of ruthenium photosensitizers has been widely studied and the first photoelectrodes characterized; finally, a new series of proton reduction catalysts featuring a polypyridinic ligand has been investigated, allowing important kinetic and mechanistic insights to be obtained.


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