Mg(BH4)2 : synthèse, nano-confinement et catalyse

Mg(BH4)2 : synthesis, nanoconfinement et catalysis

• Auteur / Autrice : Damien Clémençon
• Direction : Raphaël Janot, Jean-Noël Chotard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des solides. Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 11/09/2019
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Umit Bilge Demirci
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Janot, Jean-Noël Chotard, Laetitia Laversenne, Yaroslav Filinchuk, Dominique Larcher
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laetitia Laversenne, Yaroslav Filinchuk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Boranes

Nanoconfinement

Carbones poreux

Stockage

Hydrogène

Mots clés libres

Borohydrure

Cinétique

Nano-confinement

Hydrogène

Borohydride

Kinetics

Nano-confinement

Hydrogen

Résumé

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans la thématique du stockage de l'hydrogène. Le borohydrure de magnésium Mg(BH4)2, un composé intéressant du fait de sa forte capacité gravimétrique en hydrogène (14.8 % massique), a été l'objet de cette étude. La littérature sur la décomposition de ce composé est en fait inconsistante et révèle de nombreuses incohérences. Différentes voies de synthèses de Mg(BH4)2 ont été étudiées lors de la thèse dans le but de produire le composé le plus pur possible et à moindre coût. Une méthode de métathèse en milieu liquide assistée par broyage mécanique a permis de produire le composé à partir de NaBH4 et MgCl2 avec un excellent rendement. Les propriétés de désorption d'hydrogène ont ensuite été améliorées par une double approche d'ajouts catalytiques et de nano-confinement. Des nanoparticules Ni-Pt cœur-coquille d'environ 1.9 nm de diamètre ont été utilisées comme catalyseurs. Celles-ci ont été dispersées dans un carbone possédant des mésopores de 4 nm de diamètre, préparé par réplique de silice SBA-15. Les résultats ont montré que l'effet combiné du nano-confinement et du catalyseur a permis de diminuer de plus de 100°C la température finale de décomposition de Mg(BH4)2 tout en obtenant des cinétiques de désorption d'hydrogène plus rapides

This PhD thesis concerns the field of hydrogen storage and more specifically solid-sate hydrogen storage materials. Magnesium borohydride, Mg(BH4)2, is a compound of strong interest because of its high hydrogen gravimetric capacity (14.8 %) and was the subject of this study. The literature on the decomposition of this compound is actually very inconsistent and reveals numerous contradictions. Different synthesis routes of Mg(BH4)2 were studied during the thesis in order to produce the purest possible compound and at a lower cost. A mechanical milling-assisted metathesis reaction produced Mg(BH4)2 from NaBH4 and MgCl2 precursors with an excellent yield. The hydrogen desorption properties of Mg(BH4)2 were then improved by a dual approach of catalytic additions and nano-confinement into mesoporous carbons. Core-shell Ni-Pt nanoparticles of about 1.9 nm in diameter were used as catalysts. These particles were dispersed in a carbon having mesoporous channels of 4 nm in diameter prepared by hard templating of SBA-15 silica. The results showed that the combined effect of both nano-confinement and catalysis allows the final decomposition temperature of Mg(BH4)2 to be reduced by more than 100°C while obtaining faster hydrogen desorption kinetics