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Nanostructures et énergie

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Nanostructures et énergie

vers de nouveaux catalyseurs nanométriques pour la production d’hydrogène par électrolyse/photolyse de l’eau, et les piles à combustible.

Les matériaux nanostructurés peuvent contribuer au développement de nouvelles technologies pour accéder à des sources d’énergie propres, durables et décarbonées. Nos activités dans ce domaine portent sur la conception, la synthèse et l’évaluation de nanoparticules de métaux ou d’oxydes en tant que catalyseurs pour les électrodes d’électrolyseurs ou de piles à combustible. Nous développons également des nanomatériaux hybrides associant des nanoparticules à des complexes photoactifs pour des applications en photocatalyse. Comptent parmi nos objectifs, la recherche d’alternatives au Pt dans les catalyseurs pour la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER) ou la réduction de l’oxygène (ORR), le développement de nouveaux oxydes de métaux plus abondants (Ru, Co, Fe, etc.) pour la réaction d’évolution de l’oxygène (OER). Outre des systèmes monométalliques à base de Ru par exemple, dont l’état de surface peut être modulé par le choix du stabilisant, nous développons des systèmes bimétalliques pour profiter d’un effet de synergie (RuCo, NiFe, NiCu, CuMn, etc.). Le dépôt des nanostructures sur des matériaux conducteurs permet l’obtention de matériaux d’électrode. Des études théoriques réalisées dans le cadre de collaboration viennent compléter nos travaux expérimentaux.

 

 

(a) HER catalysée par un nanomatériau poreux de Ru (Chem. Commun. 2017, 53(85), 11713 ; https://doi.org/10.1039/C7CC05615); (b) des RuNPs stabilisées par une phénylpyridine (ACS Catal. 2018, 8, 11094 ; https://doi.org/10.1021/acscatal.8b03053); (c) une photocathode constituée de RuNPs déposées sur des fibres de carbone (Eur. J. Inorg. Chem. 2019, 2071 ; https://doi.org/10.1039/D0CY00193G) ; (d) nanocatalyseurs NiFeOx pour l’électrooxydation de l’eau (Dalton Trans., 2022, 51, 11457-11466 (https://doi.org/10.1039/d2dt01370c)

The role of catalyst-support interactions in oxygen evolution anodes based on Co(OH)2 nanoparticles and carbon microfibers, L. Mallón, N. Romero, A. Jiménez, E. Martin Morales, J. Alemán, R. Mas-Ballesté, R. Bofill, K. Philippot, J. García-Antón, X. Sala, Catal. Sci. Technol., 2020, 10, 4513-4521 (https://doi.org/10.1039/D0CY00193G).

Ru nanoparticles supported on alginate-derived graphene as hybrid electrodes for the hydrogen evolution reaction, L. Mallón, C. Cerezo-Navarrete, N. Romero, M. Puche, J. García-Antón, R. Bofill, K. Philippot, L. M. Martínez-Prieto, X. Sala, New J Chem., 2022, 46, 49-56 (https://doi.org/10.1039/D1NJ05215B).

Ru-based nanoparticles in carbon nanotubes for electrocatalytic hydrogen evolution: structural and electronic effects, N. Romero, D. A. Fenoll, L. Gil, S. Campos, J. Creus, G. Martí, J. Heras-Domingo, V. Collière, C. A. Mesa, S. Giménez, L. Francàs, L. Rodríguez-Santiago, X. Solans-Monfort, M. Sodupe, R. Bofill, K. Philippot, J. García-Antón, X. Sala, Inorg. Chem. Front., 2023,10, 5885-5896 (https://doi.org/10.1039/D3QI00698K).

Pour les applications en photocatalyse, nous développons des nanohybrides combinant des nanoparticules et des complexes de type [Ru(bpy)3]2+ capables de collecter l’énergie lumineuse pour activer la réaction. Ces complexes sont fonctionnalisés pour une interaction solide avec les nanoparticules.

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 (https://doi.org/10.1016/j.mtener.2018.07.008).

TiO2-mediated visible-light-driven hydrogen evolution by ligand-capped Ru nanoparticles, N. Romero, R. Guerra, L. Gil, S. Drouet, I. Salmeron, O. Illa, K. Philippot, M. Natali, J. García-Antón, X. Sala, Sustainable Energy & Fuels, 2020, 4, 4170-4178 (https://doi.org/10.1039/D0SE00446D).

Covalent grafting of ruthenium complexes on iron oxide nanoparticles: hybrid materials for photocatalytic water oxidation, Q. T. Nguyen, E. Rousset, V.T.H. Nguyen, V. Colliere, P. Lecante, W. Klysubun, K. Philippot, J. Esvan, M. Respaud, G. Lemercier, C. Amiens, P. D. Tran, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 4(45) 53829-53840. (https://doi.org/10.1021/acsami.1c15051).

Pour les piles à combustible, les réactions visées sont l’électrooxydation du méthanol ou la réduction de l’oxygène.

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, J. Mater. Sci., 2018, 53(12) 8933-8950 (https://doi.org/10.1007/s10853-018-2221-8).

Pd and Pd@PdO core–shell nanoparticles supported on Vulcan carbon XC-72R: comparison of electroactivity for methanol electro-oxidation reaction, E. Ramírez-Meneses, L.P.A. Guerrero-Ortega, R. Cabrera-Sierra, L.M. Palacios-Romero, K. Philippot, C.R. Santiago-Ramirez, L. Lartundo-Rojas, A. Manzo-Robledo, J. Mater. Sci., 2019, 54, 13694-13714 (https://doi.org/10.1007/s10853-019-03843-8).

Improved methanol electro-oxidation reaction on PdRh-PVP/C electrodes, G. Zacahua-Tlacuatl, E. Ramírez-Meneses, A. Manzo-Robledo, A.M. Torres-Huerta, I. Betancourt, K. Philippot, M. Ibrahim, M.A. Domínguez-Crespo*, Int. J. Hydrogen Energy 2023, 48, 23, 8450-8464 (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.169).

Ces projets sont menés en collaboration avec :

  • sur Toulouse : le LPCNO (chimie théorique)
  • sur Montpellier : l’ICGM (électrolyse de l’eau et piles à combustible)
  • sur Paris : SAFRAN (piles à combustible)
  • sur Reims : Université de Reims (complexes du type [Ru(bpy)3]2+ fonctionnalisés)
  • en Espagne : Universitat Autònoma de Barcelona (HER et OER par électrolyse et photocatalyse ; chimie théorique)
  • au Mexique : Université Iberoamericana (piles à combustible)
  • au Vietnam : University des Sciences et Technologies de Hanoi (OER par photocatalyse)

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