Prix du Professeur René Wasserman 2020 - Filip Podjaski

© 2020 Filip Podjaski

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Investigations into Nanostructured Materials for Water Splitting and Direct Solar Energy Harvesting
EPFL thesis n°9424 (2019)
Directrice de thèse : Prof. B. V. Lotsch and Prof. A. Fontcuberta i Morral

Pour ses contributions remarquables dans le domaine des nouveaux matériaux pour l’énergie renouvelable, comprenant l’invention d’une batterie solaire.

Le réchauffement climatique et la pollution figurent parmi les plus grands défis environnementaux et technologiques de notre temps. Bien que les énergies renouvelables ne cessent de se développer, leur utilisation est limitée par les possibilités de transformation et de stockage. Ma recherche porte sur différents aspects de ces transformations énergétiques, et les met en relation.

Pour la production (solaire) de l’hydrogène comme carburant renouvelable, des catalyseurs efficaces sont nécessaires en plus des photoabsorbeurs. Nous avons développé un concept nouveau permettant d’améliorer l’activité catalytique des oxydes delafossites operando, grâce à la dilatation intrinsèque du sous-réseau des métaux nobles. Dans des conditions réductives, cette dilatation entraîne la croissance d’une couche superficielle dilatée, causée par des effets de tension venant du substrat. Ainsi, une phase métastable est stabilisée, ce qui modifie les processus catalytiques, permettant même de surpasser l’activité de Pt.

Les processus photocatalytiques de nouveaux matériaux organiques, tels les « covalent organic frameworks » (COFs), reposent sur des connaissances insuffisantes des propriétés optoélectroniques intrinsèques. Nos études de courants photoélectriques ont permis d’expliquer leur activité photocatalytique par la génération des électrons et par la détermination de la structure de bandes operando, qui auparavant était fondée surtout sur des calculs théoriques.

Pour finir, nous avons analysé et expliqué les propriétés de stockage interne d’énergie solaire d’un nouveau nitrure de carbone bidimensionnel, le poly(heptazine imide) (PHI). Après avoir démontré que le PHI peut se charger à la lumière, fonctionnant à la fois comme panneau solaire et batterie, nous avons introduit la « photocatalyse ténébreuse », où la production photocatalytique d’hydrogène peut être activée à la demande, après l’illumination. Nous avons découvert beaucoup de propriétés intéressantes qui expliquent le processus de stockage interne d’énergie et montré que le PHI peut aussi être employé comme électrode pour les batteries solaires « directes », en offrant une nouvelle perspective aux matériaux organiques, qui permet de contourner les fluctuations dans la production de l’énergie renouvelable.



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© 2020 EPFL
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