Fonctionnalisation de substrats nano-structurés pour la conversion et le stockage de l'énergie

Functionalization of nanostructured substrates for energy conversion and storage

• Auteur / Autrice : Loic Assaud
• Direction : Margrit Hanbücken
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, physique, chimie et nanosciences
• Date : Soutenance le 27/09/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Suzanne Giorgio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elena Baranova, Lionel Santinacci
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Julien Bachmann, Philippe Poizot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (matière)

Couches minces

Catalyse

Électrochimie

Énergie

Mots clés libres

ALD

Nano-Matériaux

Energie

Electrochimie

Catalyse

Couches minces

Particules

ALD

Nanomaterials

Energy

Electrochemistry

Catalysis

Thin layers

Particles

Résumé

Afin de répondre au besoin de la société actuelle qui utilise toujours plus de moyens de transport et de dispositifs portables, les modes de production, de conversion et de stockage de l'énergie, sont en train de connaître de véritables mutations. Afin de créer des systèmes capables de générer une énergie maîtrisée et renouvelable, les nanosciences et nanotechnologies sont des domaines de premier plan. Le travail présenté dans ce manuscrit décrit la fabrication de structures, de taille nanométrique, organisées à grande échelle. La fonctionnalisation se fait par synthèse de films ou de particules par ALD. Des systèmes MIM sont synthétisés sur des structures ordonnées d'alumine poreuse. Les matériaux déposés en couches minces sont TiN, Al2O3 et HfO2. L'objectif est de fabriquer des nano-condensateurs à hautes performances pouvant être utilisés pour des applications de stockage de données, de mémoire ou pour le stockage d'énergie dans des petits dispositifs comme la technologie RFID.Dans une deuxième partie, des catalyseurs métalliques Pd/Ni sont déposés sur des membranes d'alumine pour l'électro-oxydation de l'acide formique. De la même manière, des nano-tubes de TiO2 fabriqués par oxydation anodique sont fonctionnalisés par des nano-particules de Pd pour l'électrooxydation de l'éthanol. Ces deux études systèmes peuvent conduire à leur utilisation comme catalyseurs au niveau de l'anode des piles à combustible liquide à combustion directe. Enfin, la dernière partie de ce travail consiste au dépôt par voie électrochimique de Cu2O, sur des nano-tubes de TiO2 qui servent de support. La jonction p/n ainsi fabriquée pourra servir pour la photo-conversion de l'énergie solaire.

In order to meet the growing needs in today's society that requests more transportation and portable devices, energy production, conversion and storage systems are now experiencing real changes. To fabricate systems able to generate a controlled and renewable energy, nanoscience and nanotechnology are leading research fields. The work presented in this manuscript describes the fabrication of nanosized, large-scale organized structures. These nanostructures have been functionalized through film and particle synthesis using a chemical vapor deposition method: the Atomic Layer Deposition (ALD).Thus, metal/insulator/metal (MIM) systems are fabricated on highly-ordered high-aspect ratio porous alumina. The materials that have been deposited are TiN, Al2O3 and HfO2. The aim is to produce high performance nanocapacitors that can be used for data storage (DRAM) application or for energy storage in small devices such as RFID.In a second part, metallic catalysts such as Pd/Ni have been deposited on alumina membranes for formic acid electro-oxidation. Similarly, TiO2 nanotubes have been fabricated by anodic oxidation and they have been functionalized with Pd nanoparticles for ethanol electro-oxidation. Both studied systems can be used as anode catalysts in direct liquid fuel cells.Finally, the last part of this work has consisted in the study of Cu2O, as a p-type semiconductor, that has been electrochemically deposited onto TiO2 nanotubes (n-type semiconductor). The resulting p/n junction can be interesting for solar energy photoconversion.