Dynamique quantique intégrée et exacte de la scission photocatalytique de l’eau

Produire un carburant simplement à partir d’eau et du soleil peut sembler un rêve ; en fait, c’est réalisable. Malheureusement, les applications pratiques sont bridées par notre compréhension limitée des processus photochimiques. Ce projet s’appuiera sur un centre de calcul régional situé au Rwanda, soutenu par l’EPFL, pour simuler avec précision la dynamique de ces processus chimiques ; un moyen efficace d’étudier cette réaction complexe et de faire du rêve une réalité !

Résumé

La scission photocatalytique de l’eau a le potentiel de générer de l’énergie propre et durable. Les efforts pour trouver des catalyseurs optimaux sont néanmoins entravés par notre compréhension limitée des processus électroniques d’absorption, de diffusion et de recombinaison, où les éléctrons photoexcités contrôlent les réactions rédox. Dans ce projet, nous développerons une approche nouvelle pour étudier la dynamique de photodissociation en intégrant la dynamique quantique de molécules individuelles dans un traitement multi-échelle du milieu environnant.

Cela permettra de simuler la dynamique du processus avec précision mais aussi de refléter la complexité des interfaces, une approche qui peut ensuite être étendue à de nombreux autres processus photochimiques. Le projet impliquera des chercheurs de l’ICTP-East African Institute for Fundamental Research, institut nouvellement créé à Kigali, au Rwanda et de l’EPFL à Lausanne, en Suisse. Au cours du projet, cinq scientifiques juniors et les deux chercheurs seniors lanceront une collaboration à long terme dans un domaine d’une grande pertinence scientifique et d’un grand potentiel économique.

Mots-clés: Energie verte, Photocatalyse, Simulations quantiques

Responsables de la recherche

Steve Ndengué

Steve Ndengué est maître de conférences dans la section de physique de la matière condensée de l’Institut est-africain de recherche fondamentale, un institut partenaire de catégorie 2 du CIPT de l’UNESCO. Il a fait ses études de premier cycle et son master au Cameroun, respectivement à l’Université de Buea et de Douala. Il a ensuite obtenu un doctorat sur la matière condensée et les rayonnements à l’Université de Grenoble en France.

Après son doctorat, il a occupé un poste de chargé de cours et de maître de conférences à l’université de Douala. Avant de rejoindre le corps enseignant de l’ICTP-EAIFR, il a été chercheur postdoctoral dans le groupe de Richard Dawes à l’Université du Missouri de science et technologie. Steve Ndengué s’intéresse à la dynamique quantique moléculaire, avec un intérêt particulier pour les applications en chimie atmosphérique, astrophysique, combustion, catalyse, mais aussi pour le développement de méthodes.

Nicola Marzari

Nicola Marzari est titulaire de la chaire de théorie et de simulation des matériaux à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, où il est également directeur du Centre national MARVEL de conception et de découverte de nouveaux matériaux par simulation informatique.

Nicola a également été titulaire de la chaire Toyota sur le traitement des matériaux au Massachusetts Institute of Technology, et de la première chaire statutaire (universitaire) de modélisation des matériaux à l’université d’Oxford, où il a dirigé le laboratoire de modélisation des matériaux.

Nicola est titulaire d’un diplôme de physique de l’université de Trieste et d’un doctorat en physique de l’université de Cambridge.