Thèse soutenue

Développement de matériaux nanostructurés à base d’oxydes de manganèse et produits par une méthode électrochimique pour l’électrolyse de l’eau

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Auteur / Autrice : Wenchao Yu
Direction : Alain Pailleret
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie Physique et Chimie Analytique
Date : Soutenance le 17/10/2016
Etablissement(s) : Paris 6
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interfaces et systèmes électrochimiques (Paris ; 1967-....)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Jolivalt
Rapporteurs / Rapporteuses : Kouakou Boniface Kokoh, Pierre-Henri Aubert

Résumé

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Le mécanisme élémentaire de l'électrodépôt de films de MnO2 fût étudié sur des électrodes de Pt massif dans des électrolytes aqueux. Il se révèle être une réaction multi-étapes sensible au pH et à la force ionique. La chronoampérométrie couplée à des électrolytes neutres peu concentrés favorise l'électrodépôt de films stables de MnO2. Le FTO est un meilleur substrat que l'ITO parce qu'il présente une activité électrochimique plus élevée et favorise la stabilité mécanique de films électrodéposés de MnO2. De plus, le potentiel d'électrodépôt influence à la fois la structure et la morphologie des films de MnO2. Les films amorphes de MnO2 obtenus à potentiel élevé possèdent une activité électrocatalytique et une stabilité plus élevées que la birnessite. Un traitement thermique peut améliorer amplement leur activité électrocatalytique et leur stabilité mécanique. Une transition de phase des films de MnO2 apparaît à 500 °C. Leur morphologie change de façon dramatique après chauffage au-delà de cette température. Les échantillons chauffés à 500 °C ont la meilleure activité électrocatalytique pour l'OER. Les cations Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ sont insérés en petites quantités dans la structure des films de MnO2 au cours de la démarche d'électrodépôt, mais ils influencent néanmoins la structure et la morphologie des films. Finalement, les films de birnessite ou amorphes apparaissent comme des candidats prometteurs en tant que catalyseurs pour la dissociation photoélectrochimique de la dissociation de l'eau, puisqu'ils génèrent des photocourants considérables sous lumière solaire. Pour cela, des films de MnO2 épais, amorphes et recuits à 500 °C produisent les meilleures performances.