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

Le dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre, représente également une ressource abondante en carbone pouvant être valorisée en produits chimiques à forte valeur ajoutée. La réduction du CO2 par le dihydrogène est une voie classique, mais son coût énergétique reste élevé en raison de la forte énergie de dissociation de la liaison H–H. Une 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 activables. Ces composés permettent la réduction du CO2 dans des conditions plus douces via une étape d’hydrosilation catalysée en milieu homogène. Afin de mettre en place un cycle durable, les hydrures sont régénérés électrochimiquement à partir des chlorures de silyle. Dans une perspective de développement à grande échelle et de fonctionnement continu, la thèse vise à immobiliser les catalyseurs moléculaires sur des surfaces conductrices. L’objectif est de fonctionnaliser ces catalyseurs par l’introduction de groupes d’ancrage afin d’optimiser leur activité et d’augmenter la densité de sites actifs. Plusieurs stratégies chimiques et électrochimiques seront explorées. Les catalyseurs modifiés seront greffés puis caractérisés par des techniques physicochimiques et électrochimiques. Enfin, les performances des systèmes immobilisés seront évaluées en termes d’activité, de sélectivité et de stabilité, et comparées à celles des systèmes homogènes pour 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 : 01-10-2026
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/nimbe/licsen/

Financement public/privé

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

Chimie moléculaire