Les polyoxométallates en tant que relais électroniques pour la photosynthèse artificielle

Polyoxometalates as electron relays for artificial photosynthesis

• Auteur / Autrice : Youssef Ben M'barek
• Direction : Anna Proust
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire
• Date : Soutenance le 30/11/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Christel Laberty-Robert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Murielle Chavarot-Kerlidou, Mark Symes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Pellegrin, Cédric Tard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyoxométallates

Électrocatalyse

Matériaux hybrides

Photosynthèse artificielle

Mots clés libres

Photosynthèse artificielle

Relais électroniques

Matériaux hybrides

Électrocatalyse

Photocathode

Polyoxométallates

Artificial photosynthesis

Electron relays

Hybrid photocathodes

Résumé

Le processus photosynthétique peut être résumé en trois étapes principales: la collecte de l’énergie lumineuse, le transport / accumulation de charges et enfin la catalyse. Alors que la photosynthèse est un procédé complexe qu’il serait presque impossible de reproduire, les différentes étapes impliquées dans ce dernier peuvent être rationalisées et répliquées grâce à des modèles synthétiques simplifiés visant à imiter les systèmes naturels. Au cours de ce projet, nous nous sommes concentrés sur la deuxième étape en étudiant le rôle des polyoxométalates en tant que relais électroniques. En effet, leurs remarquables propriétés de réservoir d'électrons et de protons alliées à leur robustesse et leur grande polyvalence en font d'excellents candidats pour être intégrés dans des systèmes photosynthétiques artificiels. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux processus de réduction tels que la conversion du CO2 et la production d'hydrogène et donc sur l'élaboration de photocathodes. Puisque le rôle des POMs est d’agir comme médiateur entre un catalyseur et une antenne de collecte de lumière, nous avons étudié leur interaction avec différents électrocatalyseurs et photosensibilisateurs. Pour ce faire, les systèmes POM/catalyseur et POM/photosensibilisateur ont été abordés avec une approche similaire : nous avons d’abord étudié des systèmes multimoléculaires faciles à construire, puis, dans un second temps, nous avons développé des architectures hybrides covalentes plus élaborées.

The photosynthetic process can be roughly summarized in three main steps: light harvesting, charge transport/accumulation and finally catalysis. While photosynthesis is a highly convoluted procedure that would be nearly impossible to reproduce, the different steps implied in the latter can be rationalized and replicated thank to simplified synthetic models aiming to mimic the natural systems. During this project, we focused on the second step by investigating the role of polyoxometalates as electron relays. In fact, their remarkable electrons and protons reservoir properties allied with their robustness and high versatility made them excellent candidates to be integrated in artificial photosynthetic systems. Our focus has been made on reduction processes such as CO2 conversion and hydrogen production and thus on the elaboration of photocathodes. Since POMs are supposed to act as a mediator between a catalyst and a light harvesting antenna, we studied their interaction with different electrocatalysts and photosensitizers. To do so, both POM/catalyst and POM/photosensitizer systems were investigated with a similar approach: we first started by studying easy to build multicomponent systems and in a second step we developed more elaborated covalent hybrid architectures.