Immobilisation de catalyseurs moléculaires pour la conversion du CO2 // Immobilization of molecular catalysts for CO2 conversion

Le dioxyde de carbone (CO2), principal gaz à effet de serre, constitue également une ressource carbonée abondante pouvant être transformée en produits chimiques à valeur ajoutée. Bien que la réduction du CO2 à l’aide d’hydrogène constitue une approche conventionnelle, celle-ci reste énergivore en raison de la forte énergie de dissociation de la liaison H–H. Une stratégie alternative repose sur l’utilisation d’hydrures inorganiques, tels que les hydrosilanes et les hydroboranes, dont les liaisons Si–H et B–H sont plus facilement activées. Ces composés permettent de réduire le CO2 dans des conditions plus douces, grâce à une étape d’hydrosilylation catalytique homogène. Afin d’établir un cycle durable, les hydrures sont régénérés par voie électrochimique à partir de chlorures de silyles. Dans une perspective de mise en œuvre à grande échelle et de fonctionnement en continu, ce projet de doctorat porte sur l’immobilisation de catalyseurs moléculaires sur des surfaces conductrices. L’objectif est de fonctionnaliser ces catalyseurs avec des groupes d’ancrage afin d’optimiser leur activité et d’augmenter la densité des sites actifs. Différentes stratégies chimiques et électrochimiques seront étudiées. Les catalyseurs modifiés seront ensuite greffés sur des supports conducteurs et caractérisés à l’aide de techniques physico-chimiques et électrochimiques. Enfin, les performances des systèmes immobilisés seront évaluées en termes d’activité, de sélectivité et de stabilité, puis comparées à celles de leurs homologues en phase homogène. Cette comparaison permettra d’identifier les architectures les plus efficaces pour la valorisation du CO2.
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Carbon dioxide, the main greenhouse gas, is also an abundant carbon resource that can be converted into value-added chemicals. Although CO2 reduction using hydrogen is a conventional approach, it remains energy-intensive due to the high dissociation energy of the H–H bond. An alternative strategy relies on the use of inorganic hydrides, such as hydrosilanes and hydroboranes, whose Si–H and B–H bonds are more readily activated. These compounds enable CO2 reduction under milder conditions through a homogeneous catalytic hydrosilylation step. To establish a sustainable cycle, the hydrides are regenerated electrochemically from silyl chlorides. With the aim of large-scale implementation and continuous operation, this PhD project focuses on the immobilization of molecular catalysts onto conductive surfaces. The objective is to functionalize these catalysts with anchoring groups in order to optimize their activity and increase the density of active sites. Various chemical and electrochemical strategies will be investigated. The modified catalysts will be grafted onto conductive supports and characterized using physicochemical and electrochemical techniques. Finally, the performance of the immobilized systems will be evaluated in terms of activity, selectivity, and stability, and compared with that of their homogeneous counterparts to identify the most efficient architectures for CO2 valorization.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire : Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences
Date de début souhaitée : 01-11-2026
Ecole doctorale : Sciences Chimiques: Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes (2MIB)
Directeur de thèse : JOUSSELME Bruno
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN
URL : https://iramis.cea.fr/en/pisp/bruno-jousselme/
URL : https://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie

Ecole de Chimie ou Master 2 Chimie