Matériaux fonctionnels pour l’énergie et la catalyse

 

Ce second sous-axe de recherche s’articule autour des matériaux :

 

– développement de complexes métalliques pour le photovoltaïque,

– élaboration de matériaux à porosité hiérarchisée,

– synthèse de nanomatériaux métalliques et oxydes métalliques.

֍ dispositifs photovoltaïques

Dispositifs photovoltaïques

Les systèmes photovoltaïques à base de molécules organiques photosensibles constituent une alternative très prometteuse aux cellules solaires conventionnelles. Dans les DSSCs, exemples les mieux étudiés, le colorant joue un rôle fondamental et peut être avec ou sans métal :

 

 

֍ Nouveaux photosensibilisateurs à base de fer (cf ANR Photiron)

 

ο Concept : remplacement du Ru par le Fe constitue a priori l’alternative parfaite (même groupe (métaux d6), plus abondant et non toxique)

ο Problématique : dans le cas de Fe, l’injection est particulièrement problématique en raison d’une désactivation rapide des états MLCT-MC dû à la présence des états MC de basse énergie, phénomène non observé avec les complexes de Ru.

ο Solution : augmenter la stabilité de l’état excité MCLT responsable du transfert d’électrons en jouant sur la structure électronique des complexes de fer.

ο Preuve du concept : obtention des complexes du fer portant des ligands pyridylcarbènes ayant des durées de vie record.

 

 

֍ Colorant sans métal

 

ο Concept : utilisation des systèmes polyaromatiques condensés.

ο Objectifs : obtention de colorants avec une bonne couverture spectrale, notamment dans le visible et l’infrarouge, et des propriétés électrochimiques associées.

ο Mise en œuvre : introduction des groupements d’ancrage sur le semi-conducteur (TiO2) ainsi que des chaînes alkyles pour moduler la solubilité et les performances du dispositif.

 

֍ porosite

Matériaux à porosité hiérarchisée

 

Le laboratoire, possédant une expertise sur la détermination des relations entre les propriétés des tensioactifs (évolution en fonction de la température du comportement de phase dans l’eau, capacité de solubilisation d’huiles) et les caractéristiques des matériaux poreux (organisation, taille des pores, morphologie), souhaite intensifier ses activités concernant leurs utilisations. Les applications visées concernent la photocatalyse, la catalyse et la catalyse enzymatique.

energie

 

֍ Systèmes Moléculaires Organisés pour la mise au point de matériaux poreux et hybrides nano-structurés à matrice silicatée ou à base d’oxydes de métaux de transition.

 

ο Préparation de l’oxyde de titane (TiO2) mésoporeux par combinaison des conditions de synthèse du mécanisme transcriptif (LCT) et de la méthode Evaporation induced self assembly (EISA)

– suppression des polluants gazeux de l’air des sites industriels,

– application en  procédés d’hydrotraitement catalytique  (hydrodésulfuration, hydrodésoxygénation, hydrodésazotation),

– préparation de dispositifs photovoltaïques avec dopage du TiO2 pour diminuer le bandgap.

 

 

ο Application du mécanisme de préparation de TiO2 mésoporeux à la synthèse de ZrO2, Al2O3 et MgO ou à des oxydes mixtes (application en catalyse).

ο Synthèse de catalyseurs supportés par déposition ou incorporation in-situ de nanoparticules métalliques (Fe, Co, Cu, …) dans une matrice mésoporeuse (Si2O2, MgO, CeO2).

ο Synthèse de catalyseurs acides par mise au point de zéolithes micro-mésoporeuses obtenues par désilication de la zéolithe ZSM5 ou par modification de l’acidité et de la porosité d’argiles à pilier.

catalyse

 

֍ Encapsulation d’enzyme dans des matrices poreuses (méso, méso-méso et macro-méso) silicatées: Réalisation de biocatalyseurs supportés par l’immobilisation d’enzyme.

 

ο Préparation de biocatalyseurs par immobilisation de la lipase Mucor miehei: utilisation pour la transestérification d’huile végétale (valorisation par la production de bio-diesel).

ο Immobilisation d’acylases par utilisation de supports innovants siliceux macroporeux (Si(PHIPEs)), ou méso-macroporeux (SBA15-Si(HIPEs)), monolithiques ou en billes : utilisation  pour les réactions d’acylations enzymatiques (selon tests techno-fonctionnels et biologiques, valorisation pour la préparation de biosurfactants (cf ANR ISEAPIM3)

objectif : rivaliser avec l’acylation chimique de Schotten-Baumann ; établissement d’une analyse de cycle de vie (ACV).

 

֍ nanoparticules

Nanomatériaux métalliques et d’oxydes métalliques

 

Le laboratoire s’intéresse également à l’utilisation des concepts de la chimie organométallique et de coordination pour la préparation de nanoparticules (NPs) métalliques et d’oxydes métalliques.

 

ο Méthodologie : développement des méthodes de synthèses originales, obtention des nanomatériaux de morphologie et composition déterminées possédant des propriétés physico-chimiques spécifiques et rationalisation du mécanisme de nucléation et de croissance des nano-objets.

ο Applications : de la biologie à la catalyse en passant par l’énergie et l’environnement

• agents antibactériens et/ou agents théranostiques

• développement d’électrodes nanostructurées pour :

– une utilisation en spectroélectrochimie

– la préparation de cellules photovoltaïques à colorants

• développement de différentes catégories de systèmes catalytiques supportés : à la surface des solides ou à l’intérieur des pores des solides poreux.

 

 

 

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