Electrodes composites à base de polymères conducteurs et de nanoparticules d'oxydes métalliques de type spinelle pour l'électrocatalyse : réduction d'oxygène

Electrocatalysis of oxygen reduction on NixCo3-xO4 mixed valence spinel oxyde nanoparticles/polypyrrole composite electrodes

• Auteur / Autrice : Virginia De la Garza-Guadarrama
• Direction : Pierre Chartier, Hoan Nguyen Cong
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réduction (chimie)

Électrocatalyse

Conducteurs organiques

Électrodes

Résumé

Nous avons mis en évidence la faisabilité de l'incorporation directe de nanoparticules d'oxyde à valence mixte NixCo3-xO4 (x=0. 3 et 1) dans une matrice de polypyrrole (PPy) pour l'élaboration d'électrodes composites CV/PPy/PPy(NixCo3-xO4)/PPy. A cet effet, nous avons caractérisé par différentes méthodes physiques, des oxydes spinelles NixCo3-xO4 avec x=0. 3 et x=1 préparés par trois méthodes différentes : décomposition thermique de nitrates (DTN), coprécipitation d'hydroxydes et sol-gel (PECHINI). Les électrodes composites à base de polypyrrole et de cobaltites de nickel NixCo3-xO4 ont montré une grande stabilité vis-à-vis de la réduction de l'oxygène (rro) à des potentiels constantes (<-1V/ECS). Nous avons caractérisé leurs propriétés électrochimiques ainsi que leur réactivité électrocatalytique vis-à-vis de la rro en milieu alcalin. Nous avons trouvé de nouveaux paramètres qui favorisent la rro pour ces électrodes. Des analyses par XPS nous ont permis d'estimer le taux de dopage du PPy par l'ion Cl-. Les taux de charge d'oxydes NixCo3-xO4 avec x=0. 3 et x=1 incorporés dans la matrice de PPy ont été estimés par des analyses TGA et XPS. Les différents paramètres capables de contrôler la production d'eau oxygénée (H2O2) obtenue à partir de la rro, ont été étudiés sur les électrodes composites CV/PPy/PPy(NixCo3-xO4)/PPy. La composition de la cobaltite de nickel NixCo3-xO4 joue un rôle déterminant dans la production de H2O2 par la rro.

We have shown the feasibility of preparing multilayered composite electrodes based on polypyrrole (PPy) and mixed valence oxide nanoparticules of nickel and cobalt (NixCo3-xO4 with x=1 and 0. 3). The spinel oxide (Ox) NixCo3-xO4 was dispersed and confined in an inner PPy(Ox) layer sandwiched between two PPy layers. The first layer was electrodeposited on glassy carbon (GC) platelets, so that the resulting electrode had the structure GC/PPy/PPy(NixCo3-xO4)/PPy. NixCo3-xO4 spinel oxides were synthesized by: thermal decomposition of nitrates, hydroxides co-precipitation and sol-gel (PECHINI). Physical methods were used to characterize the oxides before and after embedment in the composite electrodes. These composite electrodes exhibit high electrocatalytic reactivity towards the oxygen reduction reaction (orr) to constant potentials (<-1V/SCE) and remarkable stability in alkaline medium. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to determine the doping degree of PPy by Cl- ions. The mass of the oxide embedded in PPy was estimated by thermogravimetric analysis (TGA) and XPS. In this work, we have studied the parameters that control the formation and yields of hydrogen peroxide (H2O2), obtained from the orr on CV/PPy/PPy(NixCo3-xO4)/PPy composite electrodes, with x=0. 3 and 1. The amounts of H2O2 produced by the rro, determined indirectly by iodine spectrometry, depend strongly on the oxide stoichiometry.