Photocatalyse sous irradiation visible avec des chalcogénures lamellaires ambipolaires pour la production de carburants solaires – PACHAS

Compte tenu de la filiation structurelle existant entre les phases ZISn et CIGSn, l'objectif de PACHAS est d'explorer pour la première fois les potentialités des nouveaux composés CIGSn et des hétérojonctions 2D MoS2-CIGSn en photocatalyse dans le visible. Nous nous concentrerons sur la réaction de dissociation de l’eau. Tout d'abord, pour optimiser les propriétés photocatalytiques des composés CIGSn, une approche "modulation de l'épaisseur du catalyseur " sera utilisée. Pour ce faire, des nanoplaquettes de CIGSn seront préparées par exfoliation de nanopoudres de CIGSn, préalablement obtenues par synthèse solvothermique assistée par micro-ondes. Dans un deuxième temps, la stratégie « hétérojonction 2D" sera également tentée. Des hétérojonctions MoS2-CIGSn ultrafines seront préparées en combinant de nanoplaquettes de MoS2 et de CIGSn soit par broyage soit en utilisant une méthode solvothermal « one-pot ». PACHAS caractérisera finement les propriétés photocatalytiques HER et OER de ces matériaux en employant des co-réactifs (S2-, SO32- et S2O62- pour les HER et S2O82- pour OER) adaptés aux photocatalyseurs chalcogénures. L’étude de la cinétique de ces réactions photocatalytiques permettra d’identifier les processus limitants impliqués. La position des niveaux d'énergie VBM, CBM et Fermi des photocatalyseurs sera déterminée en combinant des techniques complémentaires. Les diagrammes d’énergie ainsi déterminés, seront comparés aux calculs DFT, effectués pour déterminer les propriétés intrinsèques de MoS2, ZISn et CIGSn. Ensuite, les interfaces entre les dalles de MoS2 et de ZISn ou de CIGSn seront simulées pour obtenir des informations sur la stabilité thermodynamique des hétérojonctions et sur leur type. Enfin, nous tenterons d'avancer dans la compréhension de la relation entre le comportement ambipolaire et l'activité photocatalytique, ce qui n’est pas encore développée dans la littérature.