CE50 - Sciences de base pour l’Energie

Photo-catalyseurs basés sur des métaux abondants: Vers une production efficace et durable d’hydrogène – SunHy

Résumé de soumission

Le réchauffement climatique constitue une réelle menace et implique que nos sociétés modernes réduisent de façon drastique leur empreinte carbone. Pour atteindre ce but, il est impératif de s’appuyer sur des sources d’énergie renouvelables non fossiles. Les piles à combustible et leur émission zéro-carbone constituent une alternative de choix pour, notamment, le transport automobile. Toutefois produire de l’hydrogène et de l’oxygène employés dans ces piles de façon éco-responsable demeure un énorme défi puisque la majorité de l’hydrogène utilisé provient de sources fossiles ou de l’électrolyse de l’eau impliquant de l’électricité non renouvelable. La production photoélectrochimique de l’eau apparaît comme une voie très prometteuse de production concomitante d’hydrogène et d’oxygène à partir de l’énergie solaire qui est inépuisable. Ainsi le rayonnement solaire intermittent pourrait être converti en une énergie chimique stockable pour diverses applications. De plus, en associant une pile à combustible ne produisant que de l’eau à une cellule photoélectrochimique produisant hydrogène et oxygène, il serait possible de développer un procédé énergétique durable. Un grand nombre de matériaux ont été développés pour la photoproduction d’hydrogène mais aucun ne permet à l’heure actuelle une production à grande échelle.

Le projet SunHy a pour objectif de développer de nouveaux systèmes photoactifs peu couteux pour la réduction photocatalytique des protons de l’eau en mimant la photosynthèse naturelle. SunHy propose la préparation et la caractérisation de photosystèmes organométalliques n’impliquant que des métaux abondants tels que le Fer et le Cobalt, assurant respectivement la collecte de photons et la catalyse redox. Si l’efficacité des complexes de cobalt pour la génération d’hydrogène est à présent bien démontrée, en revanche l’utilisation des complexes de fer comme photosensibilisateurs n’est devenue une réalité envisageable que très récemment. De plus, la description d’assemblages polymétalliques contenant des métaux abondants n’a été qu’effleurée et leurs propriétés autant photophysiques que photochimiques sont complètement inconnues et c’est ce que se propose d’étudier le projet SunHy.
A cette fin, le projet rassemble un consortium d’experts reconnus en design moléculaire et synthèse qui, en se basant sur leurs dernières avancées concernant des complexes de Fe(II) et Fe(III) à durée de vie étendue jusqu’à la ns, produira de nouveaux hétérosystèmes Fe/Co. De plus, le consortium apportera une expertise de haut niveau concernant les techniques de caractérisation ainsi que la spectroscopie ultrarapide avancée couvrant les domaines allant du moyen IR jusqu’au RX. Ces analyses apporteront, une compréhension du fonctionnement photoélectrochimique des assemblages polymétalliques qui sera optimisé pas redesign moléculaire.

En résumé, SunHy a pour objectif, le design d’une nouvelle classe de molécules photocatalytiques pour une production d'hydrogène à haut rendement énergétique ouvrant ainsi la voie à des applications réelles à long terme et à grande échelle.

Coordinateur du projet

Madame Cristina Cebrián Ávila (Laboratoire Lorrain de Chimie Moléculaire)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

L2CM Laboratoire Lorrain de Chimie Moléculaire
UPB University of Paderborn / Chair for Inorganic Chemistry and Center for Sustainable Systems Design
FUB Free University Berlin / Department of Physics
IPCMS Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (UMR 7504)

Aide de l'ANR 828 813 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2022 - 36 Mois

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