CHAPERMAN Larissa  soutiendra sa thèse intitulé :
" Élaboration par chimie douce de photoanodes à base de TiO 2 pour la photoélectrocatalyse de l’eau en phase liquide ou gazeuse " le 23 septembre 2021 à 13h30 dans l'Amphi Turing, bâtiment Sophie Germain – 8 Pl. Aurélie Nemours, 75013 Paris

Résumé :
L’hydrogène (vecteur énergétique très efficace et ne produisant que de l’eau lors de sa combustion) est aujourd’hui une alternative sérieuse au remplacement des combustibles fossiles. Pourtant, son approvisionnement – provenant à ce jour  majoritairement de sources fossiles – n’est pas durable. L’une des alternatives les plus prometteuses serait de produire cet hydrogène par la dissociation électrochimique de l’eau, assistée par la lumière du soleil. Cette approche simple sur le papier reste en pratique très coûteuse à cause des faibles rendements de conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique. L’approche expérimentale choisie dans ce travail, vers une production d’hydrogène plus accessible, consiste à mettre au point des matériaux pour photoanodes capables de procéder à l’oxydation des molécules d’eau pour l’obtention de dioxygène et dihydrogène, grâce à la lumière du soleil, sur une gamme spectrale la plus étendue possible (UV et Visible), et d’intégrer ces matériaux dans des dispositifs compacts, fonctionnels, à faible coût de revient. Le matériau choisi pour la photoanode consiste en des hétéro-nanostructures de dioxyde de titane sur du titane métallique (TiO 2 /Ti), préparées grâce à l’oxydation chimique contrôlée. Ensuite, deux approches sont évaluées pour améliorer leur performance : le couplage avec des semi-conducteurs nanocristallins à petit gap – quantum dots (QDs) – et l’optimisation de la structure TiO 2 /Ti elle-même.
Pour la première approche, des QDs de classe II-VI (ZnS, CdS, CdSe), ainsi que de CuS, sont synthétisés par chimie douce (procédé polyol) et ajoutés par imprégnation aux précédentes nanostructures de TiO 2 , agissant en tant que photosensibilisateurs ou co-catalyseurs. Dans un système classique à électrolyte liquide, le système CuS-TiO 2 /Ti fournit les meilleurs résultats. La seconde approche consiste à mettre au point le procédé d’oxydation chimique contrôlée pour jouer sur la morphologie, la composition chimique ainsi que la structure cristallographique des structures TiO 2 /Ti qui en résultent. La synergie entre anatase et rutile en surface et le déficit croissant en oxygène en profondeur sont des facteurs qui potentialisent l’absorption optique et minimisent la recombinaison des charges photogénérées, ce qui permet d’améliorer la performance PEC sans l’utilisation de QDs.
Finalement, les photoanodes issues de cette deuxième partie ont été adaptées pour fonctionner dans une cellule PEC à électrolyte solide (SSPEC). Ne disposant plus d’électrolyte liquide, les molécules d’eau à oxyder sur la surface des photoanodes proviennent de l’humidité de l’air. Un système SSPEC qui opère en phase gazeuse à 80% d’humidité relative (RH) sur la photoanode de TiO 2 /Ti et à 0% RH sur la cathode en C-Pt, exposé à un simulateur solaire (1sun), génère, de façon reproductible, des densités de photocourant (j) de l’ordre de 0,03 mA cm -2 sans tension appliquée (0 V) et de l’ordre de 0,10 mA/cm 2 à 0,8 V même après avoir opéré à 40% RH. L’ajout d’humidité sur la cathode rehausse la valeur de j. Les valeurs de j reportées pour une photoanode de nanotubes de TiO 2 (anatase) dans un système similaire à 80% RH, sont de l’ordre de 0,005 mA cm -2 à 0 V et 0,01 mA à 0,8 V. Des valeurs supérieures (2 mA) ont été obtenues pour des photoanodes en rutile à 1,2 V, > 90% RH et illumination UV, des conditions moins réalistes d’opération.

Jury de thèse:

Directrice de thèse :
Fayna Mammeri, Maître de Conférences-HDR, Université de Paris
Co-Directrice de thèse :
Souad Ammar, Professeur, Université de Paris
Rapporteurs :
Sophie Cassaignon, Professeur, Sorbonne Université
Christophe Colbeau-Justin, Professeur, Université Paris-Saclay
Examinatrice :
Abdel Hadi Kassiba, Professeur, Le Mans Université
Cyrille Costentin, Professeur, Université de Paris
Invité:
Athanasios Chatzitakis, Chargé de Recherche, Université d’Oslo (Norvège)