Complexes diimine-dioxime de cobalt pour l'électrocatalyse de production d'hydrogène : étude mécanistique et optimisation par intégration d'un réservoir d'électron

par Dongyue Sun

Thèse de doctorat en Chimie inorganique et bio inorganique

Sous la direction de Vincent Artero.

Le président du jury était Eric Saint-Aman.

Le jury était composé de Edmond Gravel.

Les rapporteurs étaient Elodie Anxolabéhère-Mallart, Frédéric Gloaguen.


  • Résumé

    La production de H2, à partir d'eau et d'énergie solaire, est probablement une solution d'avenir pour le stockage des énergies renouvelables. Pour éviter l’utilisation de platine, des catalyseurs à base de métaux abondants doivent être développés. Les complexes diimine-dioxime de cobalt sont parmi les catalyseurs bio-inspirés les plus performants. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps élucidé le mécanisme de production d’hydrogène par ces complexes et extrait les paramètres cinétiques des différentes étapes en utilisant les méthodes et techniques électrochimiques les plus récentes. Une étude comparative via l’établissement d’une « courbe de Tafel catalytique » a mis en évidence l’excellente performance catalytique de ces complexes. Ensuite, une voie de synthèse permettant le couplage de ces complexes avec un motif fullerène réservoir d’électron a été développée, et a permis d’améliorer encore les performances catalytiques. Enfin, ce complexe a été intégré dans une photocathode à base de semi-conducteurs organiques.

  • Titre traduit

    Hydrogen evolution catalyzed by cobalt diimine–dioxime complexes : mechanistic approach and optimization by integration of electron reservoir


  • Résumé

    The production of H2 through sunlight-driven water splitting appears to be a promising solution for our future energy supply. Earth-abundant catalysts should be developed to replace platinum as water splitting catalysts. Bio-inspired cobalt diimine-dioxime complexes have emerged as one of the most versatile series of non-noble metal catalysts. In this work, the mechanism for H2 evolution mediated by this series of catalysts has been reinvestigated, and kinetic information have been determined thanks to recent advancements in electrochemical methodology. Their superior hydrogen evolution performance has been shown through comparative catalytic Tafel plots. Secondly, a synthetic route towards the incorporation of fullerene moieties, as electron reservoirs, in the vicinity of the catalytic center, has been developed. The resulting catalyst has shown improved catalytic activity and has been implemented in an operational H2-evoving photocathode based on organic semi-conductors.


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