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Nanostructures et énergie

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Nanostructures et énergie

Les matériaux nanostructurés peuvent contribuer au développement de nouveaux modes de conversion d’énergie dans l’objectif de faire face au besoin urgent de notre société en sources d’énergie renouvelables neutres en carbone. Sur la base des compétences acquises depuis presque 20 ans en ingénierie des nanoparticules métalliques, l’équipe peut apporter plusieurs outils dans ce domaine. Ainsi, dans le cadre de collaborations, nous nous intéressons à la production de dihydrogène catalysée par des nanomatériaux issus du laboratoire.el de publications durant les 20 dernières années.

1. Nanomatériaux et piles à combustible

Les piles à combustible à hydrogène transforment l’énergie chimique en électricité, sans produire de déchet polluant. Pour les rendre plus compétitives, il faut améliorer les performances des éléments qui les constituent tout en diminuant leurs coûts et en augmentant leur rendement et leur fiabilité. Des solutions sont attendues au niveau du contrôle, à l’échelle nanométrique, de la structure et de la stabilité des matériaux utilisés comme électrodes.

En collaboration avec E. Ramirez (Mexico), nous étudions les propriétés de nanostructures mono- et bimétalliques élaborées par notre approche organométallique et supportées sur carbones en tant que matériaux d’électrodes en électro-oxydation du méthanol dans des piles à combustible.

Collaboration : LIA-Toulouse-Mexique, ECOS-Nord, Dr E. Ramirez-Meneses (Université Iberoamericana de Mexico, Mexique).

Références :

  • Kinetics of hydrogen evolution reaction on stabilized Ni, Pt and Ni-Pt nanoparticles obtained by an organometallic approach, M. A. Domínguez-Crespo, E. Ramírez-Meneses, A.M. Torres Huerta, V. Garibay Febles, K. Philippot, International Journal of Hydrogen Energy 2012, 37 (6), 4798-4811, 10.1016/j.ijhydene.2011.12.109
  • Synthesis of Rh nanoparticles in alcohols : magnetic and electrocatalytic properties, E. Ramírez-Meneses*, K. Philippot, M.A. Domínguez-Crespo, M. Ibrahim, I. Betancourt, A.M. Torres Huerta, A. Ezeta-Mejia, L. Palacios-Romero, Journal of Materials Science 2018, 53(12) 8933-8950, 10.1007/s10853-018-2221-8

2. Nanomatériaux pour la production photocatalytique d’h2 contrôlée par la lumière

Les approches dites de ”photosynthèse artificielle” cherchent à imiter la nature, par le développement de dispositifs de stockage de l’énergie solaire dans les liaisons chimiques d’un carburant. Dans ce type de systèmes redox, l’eau est oxydée en oxygène et constitue la source d’électrons. Par la suite, ces électrons sont utilisés pour réduire les protons du dihydrogène ou le CO2 en combustibles carbonés tels que le formiate, le méthane ou le méthanol. Des catalyseurs sont nécessaires pour exhalter le fonctionnement de ces systèmes. A ce jour, les progrès récents dans la synthèse de matériaux à l’échelle nanométrique, avec des aires de surface élevées, une fonctionnalisation de leur surface, des activités reproductibles et accrues, font de ces matériaux des systèmes de choix pour développer de nouveaux catalyseurs pour la production d’H2.

Nous nous intéressons au développement de nouveaux catalyseurs nanostructurés à base de métaux efficaces pour la production photocatalytique d’H2 contrôlée par la lumière. L’objectif est de synchroniser les réactions d’oxydation de l’eau et de photoréduction des protons par un design adapté de catalyseurs nanostructurés pour chacune de ces réactions.
Ce projet s’appuie sur un consortium établi entre 4 équipes en France et en Espagne (financement interrégional CTP) et sur notre collaboration avec l’équipe du Pr R. Poteau (LPCNO-Toulouse) pour les aspects de chimie théorique, une approche nouvelle dans le domaine.

Projet Collaboratif – CTP (Communauté Trans Pyrénéenne) : Nanoparticules pour l’Oxydation et la Réduction Photocatalytiques de l’eau : vers la Production de Dihydrogène ; Groupes des Dr N. McClenaghan à l’ISM-Bordeaux, Dr Z. Freixa à San Sebastián-UPV/EHU, Dr X. Sala Román à l’UAB-Barcelone

Projet Emergence IDEX : H-ENERGY : Harvesting sun energy with photosensitizer@nanoparticles for the splitting of water ; Collaboration Dr R. Poteau et Dr I. del Rosal, LPCNO-INSA Toulouse.

Représentation schématique d’une cellule photoélectrochimique à 2 compartiments pour la genèse de combustibles solaires

Références :

  • A porous Ru nanomaterial as efficient electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction in acidic and neutral conditions, S. Drouet, J. Creus, V. Collière, C. Amiens, J. García-Antón, X. Sala, K. Philippot, Chemical Communications2017, 53,11713-11716, 10.1039/C7CC05615J

 

  • Light-driven water oxidation using hybrid photosensitizer-decorated Co3O4 nanoparticles, J. De Tovar, N. Romero, S. Denisov, R. Bofill, C. Gimbert-Suriñach, D. Ciuculescu-Pradines, S. Drouet, A. Llobet, P. Lecante, V. Colliere, Z. Freixa, N. McClenaghan, C. Amiens, J. García-Antón,* K. Philippot,* X. Sala*, Materials Today Energy 2018, 9, 506-515, 10.1016/j.mtener.2018.07.008

Adresse

Laboratoire de chimie de coordination du CNRS

205 route de Narbonne, BP 44099
31077 Toulouse cedex 4
France