La photoelectrocatalyse de l'eau par rayonnement solaire est une solution communément proposée pour la production propre d'hydrogène. En termes de rendement solaire-à-hydrogène, un tandem dual photosystème est accepté comme la configuration plus efficace concernant les cellules photoelectrocatalytique pour la dissociation de l'eau. Ce travail s'intéresse au trioxyde de tungstène (WO3) et au bismuth vanadate (BiVO4) sous la forme de photoanodes type n en couches minces pour la complétion d'oxydation de l'eau dans la demi-réaction pour la dissociation complète de l'eau dans une cellule tandem dual photosystème photoelectrocatalytique. Ces couches minces sont fabriquées par des méthodes robustes, économiques, et extensibles de sol-gel dip coating, et caractérisées par différentes techniques pour vérifier leurs caractéristiques physiques et leur performance photoelectrochimique. WO3 et BiVO4 sont optimises par nanostructuration, modification des couches interfaciales, et addition des co-catalyseurs de surface pour améliorer les performances et la stabilité, respectivement dans des conditions acides et neutres. Ces matériaux sont couples avec une photocathode de type p en oxyde de cuivre (II) pour compléter la réaction de dissociation de l'eau. La cellule photoelectrocatalytique ainsi construite est inspirée par la littérature concernant les systèmes innovateurs de tandem dual photosystèmes. Ce travail aboutit à l'une des seules cellules de dissociation de l'eau par photoelectrocatalyse à base des oxydes de métaux, fabriquée via des techniques faciles et économiques. L'efficacité de la production solaire-à-hydrogène est de 0.01%, et applied-bias-to-photon efficacité de 0.06%. / Solar water splitting by photoelectrocatalysis is a proposed long term solution for the production of renewable hydrogen. A wired dual photosystem photoelectrocatalytic cell is thermodynamically considered to possess the highest attainable solar-to-hydrogen efficiency. To realize a photoelectrocatalytic water splitting cell for practical application, facile fabrication methods and abundant low cost materials are essential. This research investigates tungsten trioxide (WO3) and bismuth vanadate (BiVO4) as thin film n-photoanodes to complete the oxygen evolution half reaction for water splitting application in a tandem dual photosystem photoeletrocatalyic water splitting cell. These thin films are fabricated by low cost, robust, scalable, sol-gel dip coating methods and characterized by several techniques to verify the physical characteristics and photochemical performance. WO3 and BiVO4 are optimized by nanostructuration, interfacial surface modification, and addition of surface co-catalysts to increase performance and stability in acidic and neutral conditions, respectively. These materials are coupled with a copper (II) oxide p-photocathode to drive the hydrogen evolution reaction in a photoelectrocatalyic cell to complete the water splitting reaction. The photoelectrocatalytic cell constructed is inspired by previous literature reports encompassing an innovative tandem dual photosystem approach. As a result, this research reports one of the only entirely metal oxide based photoelectrocatalytic water splitting cells, fabricated by inexpensive, unexcessive techniques, resulting in a solar-to-hydrogen efficiency of 0.01% and an applied bias to photon efficiency of 0.06%.

Générer des carburants solaires, comme l’hydrogène via la photoélectrolyse de l’eau, est une stratégie à explorer pour notre futur énergétique. Pour éviter l’emploi du platine en tant que catalyseur de production d’hydrogène, des métaux abondants peuvent être utilisés. Au laboratoire, le complexe diimine-dioxime de cobalt, catalyseur moléculaire de réduction des protons, a pu être immobilisé pour créer une cathode produisant de manière stable de l’hydrogène en milieu aqueux. Dans ces travaux, nous avons étudié l’introduction du catalyseur dans des dispositifs photoélectrocatalytiques. Différentes conditions opératoires dans l’eau, solvant de choix, ont été examinées. Le complexe se dégrade s’il est en solution mais son activité est maintenue, même en présence d’oxygène, s’il est supporté sur électrode. Cette électrode a ainsi pu être intégrée en cellule tandem. De nouveaux dérivés du complexe ont aussi été développés pour l’attachement sur oxydes transparents conducteurs. Un dérivé a été co-immobilisé avec des photosensibilisateurs sur une surface de NiO, oxyde de type p. Les photocathodes co-greffées obtenues ont été caractérisées par un ensemble de techniques analytiques et ont démontré la production d’hydrogène en conditions photoélectrocatalytiques. Des entités colorant-catalyseur pouvant s’ancrer sur surface ont également été synthétisées et ouvrent de nouvelles voies pour élaborer des photocathodes moléculaires. / Solar fuels generated from the light-induced splitting of water into H2 and O2 is an appealing strategy for securing future energy. The use of platinum for catalyzing hydrogen evolution may be bypassed with earth-abundant catalysts. In a previous study, our lab realized the immobilization of a proton reduction catalyst, the cobalt diimine-dioxime molecular complex, within a cathode material steadily evolving H2 from fully aqueous media. In this work, we report on the implementation of this catalyst into light-driven devices. Operating conditions in the solvent of interest, water, were screened. The molecular catalyst degrades when free in solution, but retains activity when supported on an electrode, even in the presence of O2, and could thus be integrated into a tandem cell. Further on, new derivatives of the catalyst were developed for the attachment onto transparent conducting oxides. Co-grafted photocathodes were constructed by anchoring a functionalized catalyst along with photosensitizers onto p-type NiO. These architectures were checked by a whole set of analytical techniques and light-driven catalytic hydrogen evolution was achieved by photocathodes assessed under device-related photoelectrochemical conditions. Immobilizable dye-catalyst dyads were also successfully synthetized as alternative derivatives and open up new possibilities to develop molecular photocathodes.