Développement de voies de synthèse de catalyseurs à base de MOF dédiés à la réaction d'évolution de l'oxygène

Cette thèse s'attache à améliorer la conception de catalyseurs efficaces, stables et de faible coût dérivés de polymères de coordination poreux (ou Metal-Organic Frameworks, MOF) et d'hydroxydes doubles lamellaires (HDL) pour la réaction d'évolution de l'oxygène (OER). Une nouvelle méthode de synthèse par électrodéposition en deux étapes a dans un premier temps été développée pour synthétiser des précurseurs bimétalliques de type NiFe-LDH de composition en Ni et Fe contrôlée et limitant la formation de phases de fer ségrégées inactives. Ces matériaux NiFe-HDL ont ensuite été utilisés comme sources sacrificielles de cations métalliques dans une synthèse solvothermale en présence de ligands organiques pour produire des MOF bimétalliques NiFe de structure lamellaire composés de ligands de longueur variable (les ligands benzene dicarboxylate (BDC) et biphenyl dicarboxylate (BPDC)). Des MOF monométallique au nickel de structure différente (en une et deux dimensions) ont aussi été synthétisés à partir de Ni(OH)2. Une étude systématique a révélé que les catalyseurs dérivés de MOF de structure lamellaire avec les ligands plus longs (BPDC) présentaient une activité et une stabilité OER supérieures à celles des catalyseurs dérivés des MOF composés du ligand plus court (BDC). Cette supériorité est attribuée à la formation de phases hautement actives de β-NiOOH et de FeOOH, dont la synergie renforce les performances du catalyseur. De plus, une corrélation a aussi été démontrée entre la dimensionalité des nœuds inorganiques du Ni-MOF et l'activité catalytique. Une structure en feuillet est en effet plus active qu'une structure composée de chaines inorganiques en une dimension, la structure en deux dimensions induisant un désordre plus élevé au sein de la phase active. Ces travaux présentent de nouvelles perspectives pour la conception d'électrocatalyseurs avancés destinés à la production durable d'hydrogène par électrolyse de l'eau.