Analyses électrochimiques multi-échelles, du macro au nano, de la réduction de l'oxygène par un catalyseur sans métaux nobles
Auteur / Autrice : | Ndrina Limani |
Direction : | Renaud Cornut, Bruno Jousselme |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie |
Date : | Soutenance le 12/12/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Chair of Analytical Chemistry (Bochum, Allemagne) |
référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Sylvain Franger |
Examinateurs / Examinatrices : Laetitia Dubau, Carlos Manuel Sánchez-Sánchez, Jean-Marc Noël | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Laetitia Dubau, Carlos Manuel Sánchez-Sánchez |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
L'évaluation de l'activité catalytique pour la réduction de l'oxygène est cruciale pour prédire et améliorer les performances d des piles à combustible. Ceci est particulièrement important pour l'évaluation de la sélectivité de la réaction (nombre d'électrons), étant donné que la production de H₂O₂ dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons entraine une dégradation rapide de leurs performances. Ce travail de thèse s'appuie sur plusieurs techniques de caractérisation électrochimique pour étudier un catalyseur sans métaux noble Fe-N-MWCNT. Une première étude par la méthode classique disque-anneau a permis de mettre en évidence l'influence du chargement des électrodes sur l'allure des voltammogrammes et sur le nombre d'électrons transférés. Un cadre théorique original considérant la résistance des agglomérats est développé pour interpréter les résultats et comprendre l'impact des conditions de préparation des encres sur les performances mesurées. Ensuite, la microscopie électrochimique est utilisée pour étudier des chargements en catalyseur plus faibles. Une nouvelle méthodologie utilisant successivement 2 microélectrodes (une en Au pour la détection de la réduction du O₂ et une en Pt pour l'oxydation du H₂O₂) a été développée. Cette approche apporte des informations intéressantes sur la capacité du catalyseur à produire du peroxyde, mais l'impact du chargement est toujours significatif. Finalement, l'activité catalytique d'agglomérats individualisés a été investie via la technique électrochimique SECCM et l'utilisation de nanopipettes. La même activité est obtenue pour différents agglomérats ayant différentes teneurs en Nafion. Le couplage de l'étude électrochimique à des analyses MEB a ainsi permis de corréler la morphologie des agglomérats à leur activité catalytique.