Investigations sur des composés de ruthénium bipyridyl pour la photosensibilisation de l’évolution de l’hydrogène dans l’eau

Abstract

On entend de plus en plus parler de transition énergétique et il va de soi que l’énergie solaire est une pièce centrale de ce mouvement et que son utilisation pour la production de carburant propre serait un atout pour les ingénieurs qui conçoivent les plans des infrastructures énergétiques moderne et future. La catalyse de la réduction de l’eau en hydrogène photosensibilisée par des complexes organométalliques s’est rapidement démarquée comme méthode prometteuse pour atteindre de tels desseins, malgré la compétition avec la photosensibilisation par molécules organiques fluorescentes. Dans tous les cas, cette science est encore jeune et l’aspect modulaire des complexes organométalliques permet d’investiguer efficacement les caractéristiques clés du phénomène de la photocatalyse. Cela dit, un problème commun à-travers la photocatalyse de la réduction de l’eau en hydrogène est la durabilité de ses composantes. Le ruthénium tris-bipyridine, par exemple, ne se dégrade qu’après quelques heures d’irradiation, ce qui complique son application en panneau solaire. Ce document a donc pour objectif de discuter des complexes de ruthénium de la littérature en prenant compte des points clé de la photochimie, qui seront aussi discutés, puis de synthétiser et étudier des complexes hétéroleptiques de ruthenium comportant des ligands susceptibles d’améliorer leur durabilité par une forte basicité et par une entropie supérieure. Deux complexes hétéroleptiques ont été synthétisés à cette fin et l’un d’entre eux démontre une très grande longévité tout en soulignant à la fois l’impact de la longueur d’onde de la lumière incidente lors de la photosensibilisation et l’importance du choix des potentiels d’oxydoréduction des composantes d’un système photocatalytique. ‘Energetic transition’ is an expression we can hear more often than ever in current media outlets, and it is safe to say that it is an important challenge to solve for the relatively near future of western society. Although green energy comes in multiple forms, solar energy is definitely a pillar in making the clean fuel which is necessary for the energetic transition to be successful. Hydrogen evolution from water photosensitized by organometallic complexes proves to be a promising way to directly produce clean fuel from solar energy even though fluorescent organic molecules have also shown good results. The organometallic compounds have the advantage of being very modular which facilitates the study of photocatalysis. A common issue in light-driven hydrogen evolution is the photosensitizer’s durability. Ruthenium tris-bipyridine which is widely used as a reference in the matter, degrades after less than a day of irradiation and therefore would not be suitable for use in a solar panel. So, this document has for objective to discuss ruthenium compounds previously used as photosensitizers in the literature while keeping in mind the key elements of photochemistry, and then to synthesize and study heteroleptic ruthenium bipyridyl complexes incorporating an aliphatic ligand in the hopes of increasing its durability by virtue of the ligand’s basicity and increased entropy. Two heteroleptic complexes have been synthesized with this in mind, and one of these exhibited very good longevity. Its study also underlines the impact the wavelength of the incident light has on the photosentitization and the importance of matching the oxidoreduction potentials of the photocatalytic system’s components.