Résumé : La consommation excessive de combustibles fossiles nécessaires à la production d’énergie entraîne une pollution nocive et des émissions de dioxyde de carbone (CO2) conduisant à des changements climatiques. Par conséquent, de nombreux chercheurs se concentrent sur les sources d’énergie propres et sur le développement de matériaux actifs pour produire et stocker l’énergie durable, réduire les émissions de composés carbonés et promouvoir la durabilité. Par rapport à cela, l’hydrogène (H2) est une solution prometteuse afin de réduire notre dépendance aux ressources fossiles car il s’agit d’un vecteur d’énergie qui pourrait résoudre les problèmes liés à la dépendance énergétique, aux émissions de CO2 et à la pollution environnementale. Avant cela, il faut le produire à partir de ressources vertes ! La photocatalyse offre alors un moyen prometteur de produire du H2 vert à partir de l'eau, compte tenu de la possibilité de coupler cette technique à une source d'énergie renouvelable telle que la lumière solaire. Cependant, avant d’y parvenir, des photocatalyseurs performants et durables sont nécessaires. Face à cet enjeu, cette recherche doctorale se concentre sur le développement de nanomatériaux composites constitués de matériaux Metal Organic Framework (MOFs) à base de cuivre (Cu) ou de nickel (Ni) associés à du dioxyde de titane (TiO2), pour la génération d'hydrogène par photocatalyse.

Ces matériaux composites photoactifs ont été caractérisés par diverses techniques telles que la microscopie électronique en transmission, la spectroscopie UV-visible, la spectroscopie infrarouge, les techniques photoélectrochimiques et la spectrométrie phtoélectronique X.  Les mécanismes photocatalytiques ont également été étudiés au moyen d’études de conductivité micro-onde résolue en temps et de résonnance paramagnétique électronique. L'activité photocatalytique des nanomatériaux composites MOF, pour la génération d'hydrogène, a été comparée à celle du TiO2 modifié en surface avec des nanoparticules métalliques (Pt et Cu) induites par radiolyse. Ces composites présentent un effet synergique qui conduit à moins de recombinaison électron-trou et induit plus d'hydrogène sous lumière visible. Les MOFs à base de cuivre démontrent une activité photocatalytique très élevée, qui augmente avec le cyclage. La réduction du Cu et la formation de très petits clusters de cuivre (0) pourraient être responsables de cette activité photocatalytique accrue.  Des calculs DFT ont également été effectués afin de comprendre le mécanisme photocatalytique et le rôle du cuivre dans la génération de H2. Les MOFs à base de nickel se sont aussi révélés très actifs pour la génération d’hydrogène par photocatalyse. Les résultats ainsi obtenus, pourraient contribuer au développement de matériaux très actifs et durables pour la production de combustibles solaires photocatalytique.