Préparation et caractérisation de nanoparticules à base d'or et de platine pour l'anode d'une biopile glucose-dioxygène

par Aurélien Habrioux

Thèse de doctorat en Chimie théorique, physique, analytique

Sous la direction de Kouakou Boniface Kokoh et de Karine Servat.

Soutenue en 2009

à Poitiers .


  • Résumé

    Les biopiles représentent une solution attractive et ambitieuse dans le développement des systèmes alternatifs de conversion d'énergie. Nous proposons de substituer la bioanode d'une pile glucose/O2 par un catalyseur abiotique constitué de nanomatériaux synthétisés à partir de la méthode « w/o microemulsion ». Une caractérisation physico-chimique de ces matériaux bimétalliques a permis de déterminer leur taille et de mettre en évidence leurs propriétés électroniques, les défauts cristallins en leur sein, les déformations dont ils font l'objet, leur composition de surface et leur caractère allié. Lors de l'étude de l'électrooxydation du glucose sur les nanostructures Au-Pt, le matériau bimétallique (Au70Pt30) a montré les meilleures performances catalytiques et ce, en raison d'un effet de synergie entre l'or et le platine, d'une modification des niveaux d'énergie de la bande de valence du platine et par la présence de défauts cristallins modifiant la surface catalytique. Le développement de bioélectrodes à base de GOD ou BOD a également été réalisé, soit par immobilisation dans une matrice de polymère, soit par greffage covalent. Les électrodes préparées ont permis de réaliser des tests en pile dans un système innovant, concentrique et sans membrane séparatrice. Une puissance de 42 μW. Cm-2 a été obtenue dans une biopile totalement enzymatique en présence de 10 mM de glucose. La substitution de la bioanode par un nanocatalyseur abiotique Au70Pt30 permet à la biopile de délivrer une densité de puisssance de 90 μW. Cm-2. Une augmentation de la concentration du combustible glucose (0,7 M) accroît ses performances électriques à 190 μW. Cm-2 pour une tension de cellule de 0,5 V.

  • Titre traduit

    Preparation and characterization of gold and platinium based nanoparticles for the anode of a glucose-dioxygen biofuel cell


  • Résumé

    Biofuel cells represent an alternative and ambitious solution for the development of alternative power sources. In this study we propose to replace the bioanode of glucose/O2 biofuel cell by an abiotic nanocatalyst composed of gold and platinum nanoparticles synthesized by water-in-oil microemulsion method. A deep physico-chemical characterization of bimetallic materials allowed to determine their size and to bring to light their electronic properties, their surface composition, their alloyed properties, and both crystalline defects and strains in their structure. Glucose electrooxidation on Au70Pt30 nanocatalyst in physiological media, showed the best catalytic performances probably due to a synergistic effect between gold and platinum, a shift of the dband center of platinum, and the presence of numerous defects affecting the active surface of the catalyst. During this work, the development of glucose oxidase or bilirubin oxidase based bioelectrodes was also realized either by the enzyme entrapment in a polymeric matrix or by covalent grafting. The prepared bioelectrodes were tested in a novel and membrane-less cell which has a concentric design. A power density of 42 μW cm-2 was delivered in the presence of 10 mM glucose. Under the same conditions, the replacement of the bioanode by an abiotic nanocatalyst (Au70Pt30) allowed to obtain a power density of 90 μW cm-2. An increase of glucose concentration (0. 7 M) leads to the rise of electrical performances of the biofuel cell which reach a power density of 190 μW cm-2 for a cell voltage of 0. 5 V.

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  • Détails : 1 vol. (174 p.)
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