Effets du dopage d'adsorbants nanoporeux par des métaux ou des semi-métaux nanodispersés sur leurs performances en stockage d'hydrogène par sorption

Effect of doping ofnanoporous adsorbent with nanodispersed metals or semi-metals on their hydrogen strorage properties

• Auteur / Autrice : Sébastien Schaefer
• Direction : Vanessa Fierro, Alain Celzard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 27/09/2016
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz) - Institut Jean Lamour / IJL
• Jury : Président / Présidente : Francisco Carrasco-Marìn
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fermín Cuevas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francisco Carrasco-Marìn, Francesco Frusteri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Chimisorption

Charbon actif

Absorption et adsorption

Hydrogène

Mots clés libres

Hydrogène

Charbons activés

Nanoparticules

Texture

Chimisorption

Spillover

Hydrogen

Activated charcoals

Nanoparticles

Texture

Chimisorption

Spillover

Résumé

Dans cette thèse, des matériaux microporeux carbonés et décorés par des nanoparticules métalliques ont été synthétisés afin d’étudier l’effet de la décoration par les nanoparticules métalliques sur leurs propriétés d’adsorption d’hydrogène. L’utilisation de saccharose, de tannins de mimosa ou encore de paille de riz était en parfaite cohérence avec une démarche de respect de l’environnement et de développement durable. Le saccharose ainsi que les tannins permettent, via un prétraitement hydrothermal, d’obtenir des hydrochars qui sont ensuite activés par voie chimique ou physique. Ces synthèses ont donné accès, en fonction de paramètres de synthèse, à des matériaux à la porosité contrôlée dont les propriétés d’adsorption d’hydrogène à température ambiante ont ensuite été évaluées. En outre, l’intérêt majeur de cette thèse était de proposer un couplage entre les propriétés d’adsorption d’hydrogène, des basses pressions jusqu’à des pressions relativement élevées, et les propriétés texturales modélisées à l’aide d’outils théoriques, tels que la DFT, appliquée au fluide inhomogènes (Density Functionnal Theory). L’utilisation de dioxyde de carbone supercritique, de synthèses hydrothermales et des différents précurseurs a permis d’obtenir des matériaux dopés au nickel, au silicium ou à l’azote sans utilisation de solvant organiques préjudiciables pour la santé. Finalement, la décorrélation des différentes contributions de d’adsorption a permis de détecter et de quantifier les fractions d’hydrogène adsorbées et engagées dans divers processus tels que la physisorption, la chimisorption, le spillover et de détecter les phénomènes physisorption polarisée

In this PhD work, microporous carbonaceous materials decorated with metallic nanoparticles were developed in order to study the effect of nanodispersed metals on hydrogen sorption properties. Bio-sourced precursors such as sucrose, mimosa tannins or even rice straw have been used in order to promote eco-friendly, sustainable and innovating ways of synthesis. The use of hydrothermal pretreatment on tannins or sucrose allowed obtaining hydrochars that have been chemically or physically activated. Depending on synthesis parameters, these syntheses allowed to produce materials with controlled porosity. Then, the hydrogen adsorption properties of these materials were evaluated at ambient temperature as well as their textural properties. The main interest of this work was to propose a coupling between hydrogen sorption properties, from low to high pressure, and the textural properties. The textural properties were modelized using theoretical tools such as the DFT (Density Functionnal Theory). The use the different precursors and of decoration steps using supercritical carbon dioxide or hydrothermal synthesis, during which ones metallic or nitrogen containing precursors were used, allowed to obtain nickel, nitrogen or silicon doped materials without using harmful organic solvents. Finally, the decorrelation of the different adsorption contributions gave the possibility to detect and quantify the hydrogen fractions engaged in different processes such as physisorption, chemisorption and spillover. Polarized or enhanced physisorption was also detected using the same methods