Production d’Hydrogène par Photo-Catalyse de TiO2

Hydrogen Production by Photo-Catalysis of TiO2

• Auteur / Autrice : Laura-Line Risal
• Direction : Johnny Deschamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau, Essonne ; 1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau). Unité de Chimie et Procédés
• Jury : Président / Présidente : Ally Aukauloo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johnny Deschamps, Nathalie Herlin-Boime, Loic Assaud, Dephine Shaming, David Carrière, Nancy Brodie-Linder, Hynd Remita
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Herlin-Boime, Loic Assaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génération d'hydrogène

Mots clés libres

Photo-Catalyse

Dopage métallique

Oxydes de Titane

Hydrogène vert

Carburant solaire

Pression

Photo-Catalysis

Metal doping

Titanium oxides

Green hydrogen

Solar fuels

Pressure

Résumé

Afin de palier à l’intermittence des énergies renouvelables, l’utilisation d’un vecteur énergétique tel que l’hydrogène semble une solution idéale. Il permet de stocker massivement de l’énergie sur une longue période de temps, convient à une large gamme d’utilisation (mobilité, chaleur, procédés) et son impact carbone est très intéressant selon sa production. Cette source d’énergie apparait donc comme une bonne alternative aux énergies fossiles dont nous sommes très dépendants. Cependant, 95 % de l’hydrogène est actuellement produit par la technique de vaporeformage du gaz naturel qui conduit à une production importante de dioxyde de carbone (CO2) ! Il est donc nécessaire de le produire par d'autres techniques et, parmi les différentes technologies disponibles, la production par photocatalyse (procédé utilisant la lumière du soleil et l'eau) semble tout à fait appropriée compte tenu de la possibilité de coupler cette technique à une source d'énergie renouvelable comme la lumière du soleil. Le photocatalyseur le plus connu et le plus utilisé actuellement est le dioxyde de titane (TiO2) mais sa synthèse requiert des températures élevées de l’ordre de plusieurs centaines de degrés. De plus, l’activité photocatalytique du TiO2 est limitée et ce dernier est en général dopé avec des métaux nobles afin d’augmenter son pouvoir photocatalytique. Compte tenu de cette problématique, dans le cadre de ce doctorat, un nouveau procédé de synthèse du TiO2 en conditions douces à 50°C a été mis en place. Les matériaux obtenus ont alors été dopés au moyen de métaux non nobles de types zinc (Zn), magnésium (Mg), aluminium (Al). Des tests de dopage sous pression ont aussi effectués et les résultats de production d’hydrogène obtenus en lumière visible sont très prometteurs.

To circumvent the intermittency of the renewable energies, the use of an energy vector like Hydrogen seems to be an ideal solution. It represents a good way to store energy massively over long periods to be later employed in a wide variety of systems such as mobility, heating or industrial processing, with no impact on the carbon footprint. This source of energy then appears then to be a good alternative to fossil fuels on which we are very dependent. However, 95% of hydrogen is currently produced by the technique of steam reforming of natural gas, which leads to a significant production of carbon dioxide (CO2)! It is therefore necessary to produce it by other techniques and, among the various technologies available, the production by using photocatalysis (a process using only sunlight and water) seems quite appropriate given the possibility of coupling this technique to a renewable energy source such as sunlight. The best-known and most currently used photocatalyst is titanium dioxide (TiO2), but its synthesis requires high temperatures on the scale of several hundreds of degrees. Moreover, its photocatalytic activity is limited and it is generally doped with noble metals in order to increase its photocatalytic power. Given this problem, as part of this doctorate, a new process for TiO2 synthesis under mild conditions at 50°C has been implemented. The materials obtained were then doped with non noble metals such as zinc (Zn), magnesium (Mg), aluminum (Al). Pressure doping tests were also carried out and the hydrogen production results obtained under visible light are very promising.