Metallic and bimetallic nanocatalysts for the delivery of hydrogen (H2) from a safe solid storage source ammonia-borane (NH3BH3)

Ce travail de thèse s’inscrit dans la problématique du stockage sécurisé de l’hydrogène grâce à la molécule d’amine-borane : il se penche sur le relargage de H2 à température ambiante par l’hydrolyse de NH3BH3 en présence de nanocatalyseurs à base de Ru et/ou de Ni. Dans un premier temps, des systèmes monométalliques à base de réseaux de nanoparticules (NPs) de Ru ou de Ni stabilisés par un ligand difonctionnalisé ferrocénique ou diamantoïde ont été synthétisés. Chaque système a été préparé dans trois ratios métal/ligand (5/1, 10/1, et 20/1), puis caractérisé par ICP-AES, TEM, XPS, WAXS, et SAXS. Chacune de ces méthodes a permis de démontrer l’organisation des NPs en réseau, la coordination métal-ligand, et la taille des nanoparticules obtenues (entre 2 et 5 nm). Ces systèmes ont été testés en hydrolyse catalytique de NH3BH3 : les systèmes à base de Ru ont montré une très haute performance catalytique, avec un TOF maximal de 218 min-1 pour des NPs de Ru stabilisées par un diamantoïde difonctionnalisé, performance inégalée pour un système non-supporté de Ru jusqu’à présent. Les systèmes à base de Ru ont également prouvé leur recyclabilité sur 8 cycles. Les systèmes à base de Ni ont montré une activité catalytique intrinsèquement plus faible. Des systèmes bimétalliques NiRu innovants ont été synthétisés avec les mêmes ligands et caractérisés. Un alliage de Ni0.5Ru0.5 stabilisé par un ligand ferrocénique ont permis d’obtenir un effet synergique et d’atteindre un TOF de 75 min-1 dans l’hydrolyse de NH3BH3, une première pour un système bimétallique NiRu non-supporté.