Dispositif photoélectrochimiques tandem pour la réduction du dioxyde de carbone et l’oxydation des alcools – PECALO

L’objectif visé sera atteint grâce à la combinaison de catalyseurs de réduction du CO2 très actifs à base de complexes de métaux de transition abondants issus de la série 3d, des catalyseurs d’oxydation des alcools fondés sur les nitroxydes, de photocathodes à base de chalcogénures de cuivre (CuInxGa1-x(Se/S)2 : CIGSe(S)) et de photoanodes composées de silicium amorphe hydrogéné (a-Si-H).

Après un travail d’une seule année de programme, nous avons pu doubler les performances initiales lors du dépôt du projet pour la photo-réduction du CO2 en CO et montrer la pertinence de l’association du semi-conducteur silicium amorphe hydrogéné avec un catalyseur à base de nitroxyde pour oxyder l’alcool benzylique.

L’objectif à court terme est d’amplifier davantage les performances photo6électrocatalytiques de réduction du CO2 et d’oxydation des alcools grâce à une optimisation des photoélectrodes et des catalyseurs greffés en leurs surfaces.

Le travail a donné lieu à une publication et 2 conférences dans des congrès.

La photosynthèse artificielle est un domaine de recherche qui aura un impact majeur sur la transition écologique vers les énergies décarbonées. Ce projet vise, pour la première fois, de développer un dispositif photoélectrochimique tandem pour réduire le CO2 en CO avec l’oxydation concomitante d’un alcool en dérivé carbonylé de façon à produire des composés ayant une valeur économique aux deux électrodes. A la fin du projet, la cellule aura une grande efficacité de conversion de l’énergie solaire en énergie chimique (3%) et une stabilité élevée (100 h).
Ces objectifs seront atteints grâce à la combinaison de catalyseurs de réduction du CO2 très actifs à base de complexes de métaux de transition abondants issus de la série 3d, des catalyseurs d’oxydation des alcools fondés sur les nitroxydes, de photocathodes à base de chalcogénures de cuivre (CuInxGa1-xSe2 : CIGS) et de photoanodes composées de silicium amorphe. Une méthode inédite de réticulation servira à stabiliser l’adhésion des catalyseurs sur les électrodes. Ce projet rassemble quatre équipes : le CEISAM et l’IMN à l’Université de Nantes, le LEM à l’Université de Paris et le LPICM à l’Ecole Polytechnique à Saclay avec des spécialistes reconnus dans six disciplines clefs que sont les semi-conducteurs (CIGS et de silicium amorphe), la chimie du solide, la synthèse organique, la chimie de coordination, la chimie inorganique, l’électro et la photoélectrocatalyse.