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PEPR H2 décarboné – HYDRO
- PEPR H2 décarboné – HYDRO
Le projet HYDRO
Le projet HYDRO vise à générer de l’hydrogène à partir d’eau et d’énergie solaire, en s’appuyant sur une nouvelle famille de photo-catalyseurs : les oxydes à haute entropie (OHE). Afin de les préparer et d’optimiser leurs propriétés, une partie du projet sera consacrée à leur caractérisation en utilisant des méthodes physico-chimiques et à leur étude en photo(électro)catalyse. Grâce à des techniques de modélisation et d’analyse operando, nous pourrons évaluer ces matériaux et proposer le plus stable et le plus efficace pour la production d’hydrogène.
Coordinateur : Dodzi ZIGAH
Mots clés
Les travaux de recherche
Préparation des matériaux
Durant le projet, plusieurs familles de semi-conducteurs OHE à bandes interdites ajustables seront préparées. La synthèse sera effectuée par frittage et trempe à haute température (1600 °C). Les nanoparticules seront produites par broyage haute énergie, par frittage rapide de mélanges ou en recourant à des méthodes de chimie douce. Enfin, des couches minces de photoélectrodes seront préparées par « dip-coating », « spin-coating « et « doctor blade »
Caractérisation ex situ et operando
Les techniques de microscopie électronique à balayage (MEB) et à transmission (MET) seront utilisées pour caractériser la forme et la taille des particules. En outre, une analyse élémentaire par spectrométrie de rayons X (EDX) et par spectroscopie de photoémission X (XPS) sera effectuée. La spectroscopie UV-visible, Mott-Schottky et les optoélectrodes construites permettront de déterminer la position des bandes et la largeur de la bande interdite, ainsi que d’observer l’activité photoélectrochimique hétérogène de la surface des photoélectrodes. De plus, des mesures operando en infrarouge (IR) et en Raman seront effectuées afin d’identifier les phases actives et d’observer l’évolution du matériau au cours de la réaction, et d’obtenir des informations sur la cinétique de la de la réaction de production locale d’hydrogène (ou d’oxygène) .
Modélisation des oxydes à haute entropie
La modélisation des oxides haute entropie requiert des supercellules de grande taille, afin de prendre en compte autant que possible la complexité de ces matériaux.
Les structures électroniques seront systématiquement calculées. Des modèles de surface seront construits pour les systèmes les plus intéressants, afin, entre autres, de prédire les propriétés d’adsorption de ces surfaces vis-à-vis de petites molécules comme H2O, O, OH, etc. Nos résultats seront confrontés aux observations et mesures expérimentales (spectroscopie Raman et IR notamment).
Évaluation photoélectrochimique et photocatalytique des oxydes à haute entropie
Les matériaux seront testés pour leur aptitude à produire de l’hydrogène et/ou de l’oxygène par photoélectrochimie et photocatalyse sous irradiation solaire simulée AM1.5G. Les gaz produits seront analysés par chromatographie en phase gazeuse afin de calculer les rendements de conversion solaire/chimique et ainsi comparer les performances des OHE aux systèmes actuels. Les résultats de ces tests nous permettront de déterminer quelle famille de matériaux OHE est la plus prometteuse pour la conversion de l’énergie solaire en hydrogène.
Le consortium
Les membres du projet :
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Dodzi ZIGAH Nicolas ALONSO-VANTE Claudia GOMES DE MORAIS |
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Nita DRAGOE David BERARDAN Adrien MOLL Nghi PHAM |
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Thomas COTTINEAU Fabrice VIGNERON Alain RACH |
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Emmanuel MAISONHAUTE Junsoo HAN |
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Emilie GAUDRY |
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