Etude couplée expérience théorie pour la compréhension des inteergaces électrochimiques pour lréduction de N2 en ammoniac vert – CONFRONT

Le projet CONFRONT réunit deux équipes expérimentales et une équipe théorique pour approfondir la compréhension de l'électrocatalyse, avec un focus sur la réaction de réduction du diazote (NRR). Cette réaction est essentielle pour produire de l'ammoniac et remplacer l'actuel procédé Bosch, coûteux en énergie et utilisant de l'hydrogène essentiellement d'origine pétrolière. L'ammoniac ainsi produit serait non seulement un excellent vecteur de stockage d'énergie, son transport et son utilisation étant déjà maîtrisés, mais aussi une matière première essentielle pour la sécurité alimentaire en tant qu'engrais. Mais, les catalyseurs existants ne répondent pas encore aux exigences économiques en termes d'efficacité, de sélectivité et de rendement énergétique, malgré l'exemple inspirant des enzymes naturelles.
Si la synthèse de catalyseurs complexes est maîtrisée, l'effet de leur positionnement relatif à l'électrode et au flux de protons reste mal compris, rendant difficile l'identification des véritables limites de performance : est-ce dû au catalyseur lui-même ou à son positionnement inadéquat ? Le projet vise ainsi à développer une méthodologie combinant théorie et expérience pour examiner les effets du positionnement des catalyseurs par rapport à l'électrode, allant du contact direct jusqu’à leur immobilisation dans la double couche électrochimique. L'étude inclura également l'orientation des catalyseurs et l'influence des sources de protons environnantes.
Pour cela, des modèles quantiques seront élaborés pour intégrer les interactions complexes du catalyseur avec son environnement (interface, solvatation, protonation). Ces modèles seront confrontés à des systèmes expérimentaux bien définis, où les catalyseurs seront placés dans des positions et orientations contrôlées. L'objectif est ainsi d'utiliser cette comparaison pour comprendre et optimiser le couple catalyseur/support afin d'améliorer leur efficacité pour cette réaction cruciale.