Design of heterostructurated photoelectrodes for water splitting - le projet
AAP 2020 : Projet doctoral
Axe thématique : 2 - Énergie, environnement et durabilité
Porteur de projet : Olivier Duruphty (LCMCP)
Co-porteuse de projet : Christel Laberty-Robert (LCMCP)
Doctorante : Adeline Blot
Laboratoire :
Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP)
Adeline Blot, Doctorante
Originaire de la Nièvre, Adeline valide un bac scientifique au lycée St-Louis-St-Clément de Viry-Châtillon. Attirée par l’aspect expérimentale de la physique-chimie elle obtient une licence de Chimie au sein de l’Université de Paris – campus Diderot et se spécialise en chimie minérale et chimie de l’environnement.
Adeline effectue en 3ème année, un stage au sein de l’Institut de physique du Globe de Paris sur la mise en place d’un protocole d’extraction par phase solide de matière organique dissoute de rivière. Cette expérience en chimie pour l’environnement lui donne la conviction que la compréhension et l’analyse priment sur la mise en œuvre de solutions dans ce domaine.
Elle poursuit sa formation de 2018 à 2020 dans le master Frontiers In Chemistry – Itinerary Chemistry for Nanosciences and Energy de l’Université de Paris et se spécialise dans le domaine des nanomatériaux, en électrochimie et sur des techniques de caractérisation. Elle réalise un stage à Saint-Gobain Research Paris sur la mise en place d’un protocole de caractérisation des espèces hydrogénées Si-OH, H2O en surface du verre « float » puis un stage au sein du laboratoire ITODYS de l’Université de Paris sur l’étude de stratégies de synthèse de nanostructures Co@MOF utilisant l’oxyde de surface natif des nanoparticules de Cobalt.
Actuellement étudiante en 1ère année de thèse de doctorat au Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris travaille sur ce projet piloté par Olivier Durupthy avec l'objectif de produire de l’énergie tout en minimisant au maximum l’impact environnemental.
Le projet
La production d’énergie propre est essentielle pour les décennies à venir. Ce projet s'intéresse à la production d’hydrogène grâce à la réaction d’électrolyse de l’eau en utilisant directement l’énergie solaire.
L’objectif de cette thèse est la conception, la synthèse et la caractérisation d’une photoanode multicouche hétérostructurée afin d’améliorer la réaction d’OER en condition acide. Cette architecture permet l’optimisation de l’absorption de la lumière et de la génération/séparation des paires électron/trou. Ayant ses composants en abondance sur terre, l’oxyde métallique de BiVO4 est choisi comme matériau de photoanode de par son efficacité élevée (10% en efficacité de conversion de l’énergie solaire).
Afin d’optimiser le transport des photo-charges dans l’électrode, plusieurs stratégies sont envisagées : le contrôle de la morphologie, l’ajout d’un dopant (W, Mo), la création d’une hétérojonction, l’utilisation d’une couche de passivation. Parallèlement, l’optimisation de l’absorption du rayonnement solaire est possible par une modification du substrat de FTO en le combinant avec des matériaux ayant des propriétés de réfraction et/ou en intégrant des aspérités en surface sous la forme d’un motif particulier (Fig 1). La réalisation de l’empilement de monocouches de BiVO4 se fera à l’aide du procédé de trempage-retrait
- i) soit à partir d’une solution concentrée de nanoparticules de BiVO4 de taille et de morphologie contrôlées obtenues par voie hydrothermale,
- ii) soit à partir d’une solution contenant les précurseurs de la phase BiVO4.
Un traitement thermique sous air sera employé pour cristalliser la phase ou pour améliorer les contacts particules / particules. Les propriétés photoélectrochimiques des électrodes seront étudiées dans des conditions normalisées en fonction des propriétés physico-chimiques des photo-électrodes (épaisseur, taille des particules, porosité).
Figure 1 : Représentation schématique d'une photoanode multicouche hétérostructurée à base de BiVO4
