Nanostructures à base du polymère conjugué le polypyrrole pour des applications en photocatalyse

Nanostructures based on conjugated polymer polypyrrole for application in photocatalysis

• Auteur / Autrice : Xiaojiao Yuan
• Direction : Hynd Remita
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 28/09/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie physique (Orsay, Essonne ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Organisation gouvernementale : China scholarship council
• Jury : Président / Présidente : Ally Aukauloo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Cassaignon, Nicolas Keller, Johnny Deschamps
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Cassaignon, Nicolas Keller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génération d'hydrogène

Nanostructures

Photocatalyse

Polypyrrole

Polymères conjugués

Mots clés libres

Polymères conjugués

Polypyrrole

Photocatalyse

Traitement de l’eau

Génération d’hydrogène

Conjugated polymer

Polypyrrole

Photocatalysis

Hydrogen generation

Résumé

Récemment, les nanostructures de polymères conjuguées π (CPN) ont émergé comme une nouvelle classe de catalyseurs pour diverses applications photocatalytiques comme le fractionnement de (ou photosplitting) de l’eau, la réduction du CO2, le traitement de l’eau (dégradation des polluants organiques et réduction de métaux lourds). Parmi la famille des polymères conjugués, le polypyrrole (PPy) a été le plus étudié en raison de sa stabilité environnementale, de sa synthèse facile, de son excellente stabilité. Dans cette thèse, les nanostructures PPy ont été synthétisées par différentes méthodes : polymérisation chimique dans des matrices souples (mésophases hexagonales ou lamellaires) et polymérisation par radiolyse. Ces nanostructures PPy présentent une activité photocatalytique prometteuse pour la dégradation de polluants organiques (phénol et méthylorgange) sous lumière visible et leurs activités sont supérieures à celle du PPy-bulk (PPy massif). De plus, nous avons modifié TiO2 avec du PPy nanostructuré pour la photodégradation de polluants organiques.Le nanocomposite montre une augmentation importante des performances photocatalytiques sous UV et lumière visible par rapport au TiO2 et PPy seuls pour le traitement de l’eau et de l’air. La production d'hydrogène vert par fractionnement photocatalytique de l'eau offre un moyen prometteur pour résoudre les problèmes d'environnement et d'énergie. Dans cette thèse, nous avons montré que les nanostructures depolypyrrole modifiées avec des nanoparticules mono et bimétalliques (Pt, Ni, Pt-Ni) sont très actives pour la génération d'hydrogène et qu'un effet de synergie est obtenu en alliant Pt avec Ni. Enfin, différentes nanostructures ternaires à base du composite PPy-TiO2 modifié de manière contrôlée avec des nanoparticules de platine ont été développées ((Pt-PPy) -TiO2, (Pt-TiO2)-PPy et Pt-(PPy-TiO2)). L'activité photocatalytique de Pt-(PPy-TiO2) pour la génération d'hydrogène sous UV et lumière visible est très élevée.

Recently, π-conjugated polymer nanostructures (CPNs) emerge as a new class of catalysts for various photocatalytic applications such as water splitting, CO2 reduction, water treatment (degradation of organic pollutants and heavy metals reduction). Among the family of CPs, polypyrrole PPy has been the most extensively investigated owing to its environmental stability, facile synthesis, excellent stability. In this thesis, PPy nanostructures were synthesized by different methods: chemical polymerization by soft templates (hexagonal or lamellar mesophases) and polymerization by radiolysis. These PPy nanostructures exhibit promising photocatalytic activity for organic pollutants (phenol and methyl organge) degradation under visible light and their activities are higher than that of PPy- bulk.Besides, we modified TiO2 with nanostructured PPy for photodegradation of organic pollutants (methy orange and phenol as model water pollutants and toluene as air pollutant). The nanocomposite shows an important increase of the photocatalytic performance under UV and visible light compared to bare TiO2 and PPy. This work offers a facile and cheap way to fabricate the heterojunction in organic-inorganic hybrid materials interface and the composite nanomaterials represents a promising photocatalyst for water treatment and indoor application. In another hand, green hydrogen production by photocatalytic water splitting offers a promising way to solve environment and energy issues. In this thesis, we have shown that modified conjugated polymer polypyrrole nanostructures with mono- and bimetallic (Pt, Ni, Pt-Ni) nanoparticles are very active for hydrogen generation, and that a synergistic effect is obtained by alloying Pt with Ni. Lastly, different ternary nanostructures based on PPy-TiO2 composites with controlled active sites modification with Pt nanoparticles were developed ((Pt-PPy)-TiO2, (Pt-TiO2)-PPy and Pt-(PPy-TiO2)). The photocatalytic activity of Pt-(PPy-TiO2) for hydrogen generation under UV and visible light is very high and drastically surpasses those of (Pt-PPy)-TiO2 and (Pt-TiO2)-PPy.