Catalyseurs supportés sur nanotubes de carbone pour la production d'énergies bas carbone

par Jérémy Schild

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Edmond Gravel.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Service de Chimie Bioorganique et de Marquage (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-10-2017 .


  • Résumé

    Le SCBM développe des systèmes supramoléculaires obtenus par l'assemblage de composés amphiphiles de nature variable (tête polaire cationique, anionique ou neutre) pour des applications allant de la catalyse (Angew. Chem. Int. Ed. 2011 ; Nanoscale 2015) à la délivrance de médicaments en passant par l'imagerie in vivo (Small 2011 ; Chem. Commun. 2015). Ces systèmes peuvent être « libres » en solution (micelles, vésicules etc.) ou organisés à l'interface entre une surface et le milieu aqueux. Il a notamment été montré que certains amphiphiles adoptent une organisation en hémi-micelles cylindriques à la surface des nanotubes de carbone (CNTs) (Science 2003). Ce type d'architecture confère aux CNTs une dispersabilité dans l'eau tout en ménageant un domaine hydrophobe compris entre le cœur de la micelle et la surface des tubes pouvant servir de réservoir pour des molécules hydrophobes (un photosensibilisateur, par exemple). Le LCBM développe des catalyseurs moléculaires de production d'hydrogène à base de métaux abondants comme le nickel et le cobalt (PNAS 2009 ; Angew. Chem. Int. Ed. 2011). Ces systèmes sont constitués d'un photosensibilisateur (PS, complexe polypyridinique de ruthénium, iridium ou rhénium), d'un catalyseur (Cat) à base de cobalt et, le cas échéant, d'un donneur sacrificiel d'électron et de proton (RH2). La combinaison de ces trois éléments permet la photoproduction d'hydrogène en phase homogène : le photosensibilisateur convertit l'énergie lumineuse en potentiel electrochimique, alimentant ainsi en électrons le catalyseur, siège de la réduction des protons (Angew. Chem. Int. Ed. 2008). Les systèmes développés jusqu'à présent sont essentiellement fonctionnels en milieu organique du fait de l'hydrophobicité de leurs différents constituants. Ainsi, la mise au point de systèmes actifs en milieu aqueux est un domaine dans lequel de nombreux progrès sont attendus. En plus d'un caractère biomimétique/écologique évident, l'eau présente l'avantage de pouvoir jouer à la fois le rôle de solvant et celui de donneur de protons.

  • Titre traduit

    Carbon nanotube-supported catalysts for low-carbon energy production


  • Résumé

    He SCBM develops supramolecular systems obtained by the assembly of amphiphilic compounds of variable nature (cationic, anionic or neutral polar head) for applications ranging from catalysis (Angew, Chem.Ind.Ed., 2011, Nanoscale 2015) to delivery From drugs to in vivo imaging (Small 2011, Common Chem., 2015). These systems may be 'free' in solution (micelles, vesicles etc.) or organized at the interface between a surface and the aqueous medium. In particular, it has been shown that some amphiphiles adopt a cylindrical hemi-micelle organization on the surface of carbon nanotubes (CNTs) (Science 2003). This type of architecture gives the CNTs a dispersibility in water while preserving a hydrophobic domain comprised between the core of the micelle and the surface of the tubes that can serve as a reservoir for hydrophobic molecules (for example, a photosensitizer). LCBM develops molecular hydrogen production catalysts based on abundant metals such as nickel and cobalt (PNAS 2009, Angew Chem, Int. Ed., 2011). These systems consist of a photosensitizer (PS, polypyridine ruthenium complex, iridium or rhenium), a catalyst (Cat) based on cobalt and, if appropriate, a sacrificial electron and proton donor ( RH2). The combination of these three elements allows the photoproduction of hydrogen in a homogeneous phase: the photosensitizer converts the light energy into an electrochemical potential, thus supplying electrons with the catalyst, the site of the reduction of protons (Angew. ). The systems developed up to now are essentially functional in an organic medium due to the hydrophobicity of their various constituents. Thus, the development of active systems in aqueous environments is an area in which much progress is expected. In addition to an obvious biomimetic / ecological characteristic, water has the advantage of being able to act both as a solvent and as a proton donor.