Ecole Doctorale

SCIENCES CHIMIQUES - Marseille

Spécialité

Sciences Chimiques

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

nickel,hydrogène,électrochimie,électrocatalyse,photocatalyse,

Keywords

nickel,hydrogen,electrochemistry,electrocatalysis,photocatalysis,

Titre de thèse

Production bio-inspirée de dihydrogène
Bio-inspired production of dihydrogen

Date

Vendredi 17 Mars 2023 à 9:00

Adresse

52 Av. Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille Amphiteatre INSPE

Jury

Rapporteur Mme Élodie ANXOLABEHERE-MALLART Université Paris Cité-CNRS
Rapporteur Mme Murielle CHAVAROT-KERLIDOU Université De Grenoble-Alpes-CNRS
Directeur de these Mme Maylis ORIO Aix Marseille Université-CNRS
CoDirecteur de these M. Renaud HARDRé Aix Marseille Université-CNRS
Examinateur M. Athanassios G. COUTSOLELOS Université de Crète
Examinateur M. Christophe LéGER Aix Marseille Université-CNRS

Résumé de la thèse

Au cours des deux derniers siècles, la consommation de combustibles fossiles a augmenté de façon spectaculaire contribuant à l’épuisement de leurs réserves. Ces problèmes nous ont amené à développer des systèmes catalytiques qui produisent des sources d’énergie respectueuses de l'environnement. L'hydrogène est abondant et est considéré comme un vecteur d’énergie idéal puisque sa combustion ne libère que des vapeurs d'eau dans l'environnement. Ces dernières années, de nombreux efforts ont été déployés pour mettre au point de nouvelles méthodes de production d'hydrogène à partir de ressources renouvelables et durables, telles que les réactions de production d'hydrogène par voies électrocatalytique et photocatalytique. Les hydrogénases, les systèmes biologiques produisant naturellement de hydrogène, sont une grande source d'inspiration pour la conception de complexes métallo-organiques imitant leur activité catalytique. Dans ce travail, nous avons synthétisé, caractérisé et testé différentes séries de complexes de nickel basés sur des ligands thiocarbazone pour leur capacité à produire de l’hydrogène à partir de deux processus catalytiques différents. La première partie de ce travail de thèse décrit l'utilisation de deux nouvelles familles basées sur des ligands bis-thiosemicarbazone et étudie comment une modulation appropriée du ligand peut affecter les performances électrocatalytiques pour la production d’hydrogène. La deuxième partie décrit l'utilisation d'un complexe de nickel polynucléaire et comment l'incorporation de plusieurs centres métalliques peut affecter l'activité électrocatalitique du système. Dans la dernière partie du manuscrit, de nouveaux systèmes photocatalytiques ont été développés en utilisant des nanoparticules de carbone comme capteurs de lumière et la série de complexes nickel à ligands thiosemicarbazones comme centres catalytiques pour photoproduire de l’hydrogène.

Thesis resume

For the past two centuries, the consumption of fossil fuels has increased dramatically, leaving their reserves depleted. These problems have turned our interest towards developing catalytic systems that produce environmentally friendly fuel sources. Hydrogen is abundant and is considered an “ideal” fuel since its combustion only releases water vapors into the environment. In recent years, efforts have been made in developing new methods to generate hydrogen from renewable and sustainable resources, such as electrocatalytic and photocatalytic hydrogen evolution reactions (HER). Hydrogenases, the biological systems that naturally produce hydrogen, are a great inspiration for the design of metalorganic complexes that mimic their catalytic abilities. In this work, we have synthesized, characterized and tested different series of nickel complexes based on thiocarbazone ligands for their ability to produce hydrogen from two different catalytic processes. The first part of this Ph.D. work describes the use of two new families based on bis-thiosemicarbazone ligands and investigates how appropriate ligand-tailoring can affect electrocatalytic performance for HER. The second part describes the use of a polynuclear nickel complex and how the incorporation of several metallic centers can affect electrocatalysis. In the last part of the manuscript, new photocatalytic systems were developped using carbon nanodots as light harvesters and the series of nickel-thiosemicarbazone complexes as catalytic centers for photoproducing hydrogen.