Accélérer la production de H2 : Développement de nanocatalyseurs pour l’électrooxydation sélective du glycérol couplée à la production d’hydrogène moléculaire en milieu aqueux
Auteur / Autrice : | Nazym Tuleushova |
Direction : | Sophie Tingry |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie et Physico-Chimie des Matériaux |
Date : | Soutenance le 17/12/2021 |
Etablissement(s) : | Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier) |
Jury : | Président / Présidente : David-Jacques Cornu |
Examinateurs / Examinatrices : Sophie Tingry, David-Jacques Cornu, Kwami Dodzi Zigah, Elena Baranova, Yaovi Holade, Hazar Guesmi, Hynd Remita, Têko Wilhelmin Napporn | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Kwami Dodzi Zigah, Elena Baranova |
Mots clés
Résumé
L'oxydation électrocatalytique de molécules organiques apparaît comme une méthode efficace pour la production d'hydrogène à faible apport énergétique dans des réacteurs à membrane. Le glycérol est une source d'hydrogène prometteuse en raison de la faible barrière thermodynamique de son électrooxydation7 en milieu alcalin, de la possibilité de co-générer des composés de valeur et de la réduction du coût global.8 Ce travail de thèse vise donc à développer des électrocatalyseurs basés sur des nanoparticules monométalliques Au et bimétalliques Au-Ag pour l'électrooxydation du glycérol.Nous avons appliqué deux méthodes de dépôt direct de particules Au ou Au-Ag sur un support en papier carbone. L'électrodéposition galvanostatique par impulsion a permis de synthétiser des nanoparticules d'Au ou d'Au-Ag de taille étroite et bien dispersées, actives pour l'électro-oxydation du glycérol. Le dépôt in-situ de particules monométalliques Au ou bimétalliques Au-Ag sur papier carbone a été également réalisée par radiation gamma de la solution contenant le précurseur ionique de Au(III) ou les précurseurs de Au(III) et Ag(I), respectivement. La méthode radiolytique a permis d'obtenir de fines nanoparticules sphériques ainsi que des particules inhabituelles en forme de fleur. Ce type d'électrode a permis de réaliser l'électro-oxydation du glycérol qui peut être modulée en variant la concentration et la nature de l'agent réducteur. De plus, l'irradiation gamma de solutions aqueuses avec des précurseurs mixtes Au(III) et Ag(I) a permis le dépôt de nanoparticules bimétalliques Au-Ag avec une activité catalytique améliorée pour l'oxydation du glycérol, comme observé par voltammétrie cyclique. Nous avons essayé plusieurs rapports molaires Au:Ag et concentrations d'un agent stabilisant pour améliorer l'activité électrocatalytique et réduire la surtension dans un électrolyseur couplé à la génération de H2. L'étude de la sélectivité de la réaction d'électro-oxydation du glycérol par des expériences de chronoampérométrie a révélé la formation préférentielle d’acides glycolique (35-55 %) et formique (42-64 %). Le rendement de ces produits C2/C1 a augmenté avec l'ajout d'Ag, soutenu par une stabilité accrue vis-à-vis à la désactivation de la surface à potentiel contrôlé.