Matériaux composites poreux pour la conversion du CO2 : synthèse, caractérisation et modélisation

Abstract

In the context of the energetic transition, CO2 treatment – vector of global warming – is a major goal. One possible route is its conversion in high added-value products such as carbon monoxide, methane or formate using photo- or electro-catalytic reduction. The use of catalyst is necessary for these reactions. In this thesis four types of photocatalysts are presented for CO2 reduction based on polyoxometalates (POMs), metal-organic frameworks (MOFs) or porous organic polymers (POPs). This work shows on the one hand that the immobilisation of POMs into MOFs (POM@MOF) has a significant effect on the structural and catalytic properties of the photosystems. On the other hand, it shows that heterogenisation of the photosensitizer in the matrix of the materials highly enhances their stability in catalytic conditions. The use of various tools from many areas in chemistry – theoretical, analytical – allows a detailed description at the atomic scale of the structure-property relationships of the studied photosystems. In particular, it is shown that such interpretation would not be possible without this pluridisciplinarity.Dans le contexte de la transition énergétique le traitement du CO2, vecteur du réchauffement climatique, est un enjeu majeur. Une solution possible est sa conversion en produits à haute valeur ajoutée tels que le monoxyde de carbone, le méthane ou encore le formiate, par réduction photo- ou électro-catalytique. L’emploi de catalyseurs est nécessaire pour effectuer ces réactions. Dans cette thèse sont présentés quatre types de photocatalyseurs hétérogènes utilisés pour la réduction du CO2, à base de polyoxométallates (POMs), de metal-organic frameworks (MOFs) ou de polymères organiques poreux (POPs). Ces travaux montrent d’une part, que l’immobilisation de POMs dans des MOFs (POM@MOF) a un effet important sur la structure et les propriétés catalytiques des photosystèmes et d’autre part, que l’hétérogénéisation du photosensibilisateur dans des matériaux poreux augmente grandement leur stabilité en régime photocatalytique. L’utilisation d’outils variés issus de plusieurs disciplines – chimie théorique, chimie analytique – permet une description détaillée à l’échelle atomique des relations structures-propriétés des photosystèmes étudiés. En particulier, il est montré que cette compréhension ne serait pas possible sans cette pluridisciplinarité