Thèse soutenue

Auto-assemblage de copolymères à blocs et application pour électrodes polymères

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Auteur / Autrice : Sirikorn Chasvised
Direction : Laurent BillonAntoine Bousquet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des polymères
Date : Soutenance le 17/05/2021
Etablissement(s) : Pau
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux

Résumé

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Cette thèse s’inscrit dans l’effort mondial réalisé pour trouver des énergies alternatives à celles générant du CO2, gaz à effet de serre. En effet, des électrodes sont développées pour produire de l’hydrogène à partie de l’électrolyse de l’eau. Plus précisément des copolymères à blocks sont développés pour être utilisé en tant que liant dans des formulations d’encre pour l’impression d’électrode par sérigraphie. Après avoir présenté un état de l’art dans le premier chapitre nous avons décidé d'étudier l'effet des micro-ondes sur l’auto-assemblage et la structuration hiérarchique de notre premier liant polymère, un copolymère à blocs (MBM) à base de méthacrylate de méthyle (MMA) et d'acrylate de butyle (BuA). Les films de polymère ont été recuits sous rayonnement micro-ondes pendant 60 secondes à 10 watts. La microscopie à force atomique (AFM) a été utilisée pour étudier l'orientation de la nano-ségrégation sans destruction de la microstructure. Ensuite ce copolymère MBM a été utilisé comme liant pour produire des électrodes polymères par sérigraphie. Le MBM est mélangé avec des particules de graphite conductrices puis imprimé sur le substrat NAFION. Ces électrodes ont été fonctionnalisées de catalyseur au ruthénium fourni par le groupe du Pr Antoni Llobet et ont été utilisées dans le processus d'oxydation de l'eau. Nous avons ensuite travaillé sur la synthèse et la structuration en film de copolymère à blocs à base de poly (3-hexylthiophene) (P3HT). Le polymère conjugué de P3HT-b-PMMA a été synthétisé par réaction de couplage via chimie « click ». Nous démontrons des changements dans la morphologie du copolymère, en introduisant un groupe ionique au centre des deux blocs. Nous observons qu'après un recuit à 30W pendant 1 minute, les fibrilles disparaissent et des morphologies hautement ordonnées ont été créées avec succès. Enfin nous présentons la synthèse d’un nouveau catalyseur macromoléculaire à base de P3HT à intégrer dans l'électrode pour la production d'hydrogène (réduction de protons). Un procédé de cycloaddition simple et sans cuivre est présenté pour coupler un catalyseur complexe de cobalt (fourni par le groupe du Dr Vincent Artero) et le polymère. Les propriétés électrochimiques du catalyseur P3HT-Co ont été caractérisées par voltamétrie cyclique.