Étude des interactions agostiques B-H et conséquences pour le stockage de l’hydrogène

Dans le cadre de la recherche de vecteurs d'énergie “propres”, le borazane et ses dérivés amine-boranes sont devenus des candidats intéressants en tant que matériaux de stockage de l'hydrogène en raison de leur pourcentage massique relativement élevé en hydrogène (19,6% pour borazane) et de la réversibilité potentielle de la réaction de déshydrogénation. Pour des applications réelles, le contrôle des réactions se produisant à la température ambiante est fondamental. Dans ce contexte, la compréhension du processus de la déshydrogénation/déshydrocouplage catalytique de l'amine-borane apparaît comme un élément important. Dans cette thèse, les catalyseurs de types métallocènes du Groupe IV (Cp2M, M = Ti, Zr et Hf) sont étudiés en détail. Le déshydrocouplage de HMe2N·BH3 catalysé par le titanocène a été étudié à la fois expérimentalement et théoriquement mais aucun accord n'avait été atteint auparavant. Dans ce travail, les caractérisations systématiques des interactions 3-centre 2-électron M···H-B impliquées dans les intermédiaires réactionnels ont été réalisées avec des approches topologiques QTAIM et ELF. Par la suite, des mécanismes réactionnels détaillés ont été étudiés. Les résultats théoriques ont démontré que la méthode DFT corrigée avec la dispersion (DFT-D) étaient nécessaire et suffisantes pour une description énergétique correcte des chemins réactionnels. Mon travail a également permis l'identification d'un complexe de van der Waals jouant un rôle clé dans le mécanisme réactionnel en accord avec les observations expérimentales.With the increasing demand of clean energy carriers, ammonia borane and its related amine-borane compounds have emerged as attractive candidates for hydrogen storage materials due to their relatively high weight percentage of available hydrogen (19.6% for ammonia borane) as well as the potential reversibility for the hydrogen release reactions. Actual applications would benefit from controlled reactions occurring close to room-temperature. In this context, catalytic dehydrogenation/dehydrocoupling of amine-borane appears as a promising solution. In this thesis the Group IV metallocene (Cp2M, M = Ti, Zr and Hf) are mainly discussed. The dehydrocoupling of HMe2N·BH3 catalyzed by titanocene was investigated both experimentally and theoretically but no agreement were reached. In this work, systematic characterization of M···H-B 3-center 2-electron interactions involved in reaction intermediates were carried out with QTAIM and ELF topological approaches. Afterwards, detailed mechanisms were further studied. Computational results have demonstrated that the dispersion corrected DFT (DFT-D) method was indispensable for a correct enegetic prediction for reaction pathways. The identification of a van der Waals complexe also plays a central role for a reaction mechanism with good agreement with experimental observations