Résumé
Parmi les solutions pour diminuer la pollution atmosphérique et ainsi ralentir le réchauffement climatique actuel, l’utilisation de l’hydrogène « vert » comme vecteur énergétique est attrayante. Grâce à l’utilisation d’une cellule photo-électrochimique au croisement entre l’électrolyse de l’eau et la photocatalyse, l’hydrogène peut être produit sans émission de gaz à effet de serre. De plus, l’emploi d’une eau partiellement polluée comme ressource de cette cellule permettrait le couplage entre production d’hydrogène vert et traitement tertiaire de l’eau. Dans cette optique, un travail sur les composants de cette cellule, plus précisément sur les photo-anodes, est primordial pour rendre un tel système compétitif. Dans ce travail nous avons développé par voie sol-gel des matériaux photo-anodiques à base d’oxydes de titane et de cobalt, mis en forme à partir de différents tensioactifs bio-sourcés. Des techniques de caractérisations physico-chimiques et fonctionnelles variées ont permis de mettre en avant l’effet de l’oxyde de cobalt (sous forme de phase spinelle dans le bulk et d’hydroxyde Co(OH)2, plutôt que d’oxyde, en surface) sur les propriétés structurales, optiques et photo-électrocatalytiques des matériaux essentiellement composés de TiO2 sous formes anatase et rutile. En milieu aqueux standard ou pollué et sous irradiation xénon, les matériaux mixtes présentent de meilleures propriétés (photo-)électrocatalytiques et produisent plus d’hydrogène que les couches exemptes de cobalt, et cette amélioration liée à la présence du cobalt s’accentue avec l’augmentation de la teneur en cobalt. Ces résultats ouvrent la voie au couplage entre la production d’hydrogène et la dépollution de l’eau sous lumière solaire, avéré possible avec les matériaux développés dans ce travail de thèse.