Résumé:
Le développement de sources d’énergie renouvelable est d’une importance capitale face au défi énergétique du 21e siècle. Pour sa capacité à stocker et à transporter l’énergie, l’hydrogène moléculaire se positionne comme un vecteur énergétique idéal. Il est au cœur des recherches visant à remplacer les combustibles fossiles par des alternatives responsables et respectueuses de l'environnement. Toutefois, son mode de production génère d’importantes émissions de dioxyde de carbone, freinant son intégration à grande échelle. Une alternative plus écologique consisterait à le produire par électrolyse de l’eau bien que cette méthode demeure coûteuse en raison des matériaux utilisés qui sont généralement à base de platine et d’iridium. Les recherches actuelles visent à remplacer ces métaux nobles et couteux par des alternatives abordables et durables. C’est dans ce contexte que s’inscrivait ce travail de thèse qui ambitionnait de développer des catalyseurs moléculaires à base de métaux non nobles et abondants pour la production d’hydrogène dans des conditions environnementales douces. La démarche employée est de s’inspirer des hydrogénases, ces systèmes biologiques capables de convertir réversiblement l'hydrogène, pour reproduire efficacement les processus naturels au sein de systèmes artificiels.
Les travaux de thèse se sont ainsi concentrés sur la conception de catalyseurs bio-inspirés originaux, à base de ligands non-innocents de type thiosemicarbazone, dans le but de comprendre l’impact de leur structure sur les propriétés catalytiques. En jouant sur la nature et la position des substituants décorant le ligand thiosemicarbazone, plusieurs complexes métalliques, à base de nickel et de cobalt, ont été préparés et évalués pour leur capacité à promouvoir la réduction électrocatalytique des protons en hydrogène. Nos études ont également été étendues à l’exploration de différentes conditions expérimentales, notamment le choix de la source de protons et du solvant, dans le but d’identifier les paramètres les plus favorables à la production d’hydrogène. Ces travaux ont permis de mieux comprendre les relations entre structure moléculaire et activité catalytique, et d’identifier des combinaisons prometteuses pour le développement de catalyseurs moléculaires performants en conversion électrocatalytique des protons en hydrogène. Nos résultats ouvrent ainsi la voie à l'intégration de ces catalyseurs en matrice solide pour améliorer leurs performances, leur stabilité et leur durabilité en production électrocatalytique d’hydrogène.