Thèse d'Antoine MAURIN

Catalyse de la réduction électrochimique du CO2 dans l'eau à l'aide de porphyrines de Fer(0) immobiliséés sur des surfaces carbonnes

27 Septembre 2016
Bât. Lavoisier - Salle 714
Université Paris Diderot

Co-tutelle :
  • Laboratoire d'Electrochimie Moléculaire (LEM)
Résumé :

Les énergies d'origine renouvelable (solaire, éolienne, hydraulique...) sont aujourd'hui considérées comme la réponse la plus adaptée aux problématiques énergétique et environnementale actuelles. Le stockage de l'énergie produite à partir de ces ressources théoriquement infinies dans les liaisons chimiques de petites molécules hautement énergétiques, comme le dihydrogène (H2) et le monoxyde de carbone (CO), est une perspective séduisante.

Ces vecteurs énergétiques sont accessibles via l'activation de précurseurs abondants dans notre environnement, tels que l'eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2). Les travaux réalisés ces dernières années au Laboratoire d'Electrochimie Moléculaire ont permis de développer des catalyseurs efficaces, de type porphyrine de Fer, capables de convertir électrochimiquement le CO2 en CO en conditions homogènes. L'immobilisation non-covalente d'un catalyseur moléculaire inspiré des systèmes homogènes les plus efficaces s'est révélée une méthode simple et efficiente pour obtenir des électrodes catalytiques à même de convertir sélectivement le CO2 en CO, en milieu aqueux et à une faible surtension.

Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de déterminer les forces (faible surtension, excellente sélectivité) mais également les limites (faibles densités de courant) du système catalytique mis au point.

Une seconde approche a été envisagée. La modification covalente de nanotubes de carbone à l'aide d'une porphyrine de Fer adaptée, suivie du dépôt de ces assemblages à la surface d'une électrode de travail, ont résulté en l'obtention d'électrodes catalytiques efficaces et sélectives dans le cadre de la réduction électrochimique du CO2 en CO en milieu aqueux. Une analyse comparative raisonnée de leurs performances et de celles d'autres électrodes catalytiques permettent d'affirmer que les porphyrines de Fer immobilisées sur des surfaces de carbone comptent à l'heure actuelle parmi les systèmes les plus efficaces pour la réduction électrochimique du CO2 en CO, en milieu aqueux.