Nouveau catalyseurs pour application dans le domaine de l'énergie : hybride g-CN/ions métalliques

New catalysts for application in the field of energy : hybrid g-CN/ions metalliques

• Auteur / Autrice : Johan Loison
• Direction : Serge Gambarelli, Lionel Dubois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie inorganique et bio inorganique
• Date : Soutenance le 12/06/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Train
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ally Aukauloo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Grégory Nocton, Célia Bonnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie des composés hétérocycliques

Catalyseurs à base de métaux de transition

Mots clés libres

Métaux de transition

Complexes

Heptazines

Transition metals

Complexes

Heptazine

Résumé

Le nitrure de carbone graphitique (gCN) est un semi-conducteur organique ayant dernièrement attiré l’attention par sa capacité à catalyser la photodissociation de l’eau. Il a été montré récemment que le gCN pouvait être dopé via l'ajout de cations métallique pendant sa synthèse. Cependant, la structure du polymère reste encore peu connue. En effet, sa faible solubilité empêche l’utilisation des techniques de caractérisation classiques et le terme gCN recouvre en réalité une large gamme de composés différents, selon les conditions de synthèse utilisées (choix du précurseur, température…). Ainsi, la position du cation métallique, son degré d'oxydation ainsi que les interactions métal/polymère sont inconnue. La détermination de ces interactions et de la capacité des unités élémentaires du polymère (les heptazines) à former des complexes, pourraient permettre d'optimiser plus efficacement ce polymère. C'est l'objectif des travaux présentés dans ce manuscrit. Des ligands à bases d'heptazines ont été synthétisés et étudiés. L'étude de leurs propriétés à complexer des métaux de transition a été réalisé et des analyses spectroscopiques et électrochimiques couplées à des calculs DFT ont permis de mieux définir les interactions métal/heptazine. De manière générale, il a été montré que les heptazines peuvent être comparées à des bases molles et qu'elles se comportent comme des ligands π-accepteurs. En parallèle, il a été montré que les unités heptazines ont la capacité de fonctionnaliser des matériaux à hautes surfaces spécifiques tel que le graphène.

Gaphitic carbon nitride (gCN) is an organic semi-conductor which has lately attracted a lot of attention when its photocatalytic properties were highlighted for water splitting. It has been recently shown that the catalytic activity could be increase through metallic doping. However, the polymer's structure is not well known. Its poor solubility prevent the use of usual characterization techniques and the term gCN includes a range of different compound, depending of the experimental conditions. The position of the metallic cation, its oxydation state and the interactions between the metal and the polymère are unknown. The determination of these interaction and the ability of the monomers (heptazines) to form inorganic complexes could help optimising/doping the material. This is the aim of the work presented in this manuscript. Heptazine based ligands have been developed and studied. The ability to coordinate transition metals have been studied and spectroscopic and electrochemical studies liked with DFT calculations helped to define the metal/ligand interactions. Generally, heptazines can be compared as soft bases and they behave as π-acceptor ligands. In parallel, it has been shown that heptazines have the ability to fonctionalize high specific surface area materials, such as graphene.