Catalyseurs à atome isolé d'iridium pour le dégagement d'oxygène en milieu acide

Isolated iridium atom catalyst for oxygen evolution reaction in acidic media

• Auteur / Autrice : Jean Rouger
• Direction : Frédéric Jaouen, Sara Cavaliere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : D4 - Chimie des Matériaux, Nanostructures, Matériaux pour l'Energie

Mots clés

Mots clés libres

Electrocatalyse

Oxygène

Electrolyseur

D'égagement d'oxygène

Iridium

Electrocatalysis

Oxygen

Electrolyser

Oxygen evolution

Iridium

Résumé

Le projet de thèse a pour objectif de développer de nouveaux systèmes électrocatalytiques pour le dégagement du dioxygène en milieu acide, à teneur ultra-faible en métaux précieux (en particulier, en métaux du groupe du platine) afin de diminuer drastiquement la quantité d'iridium dans les électrolyseurs ; présentant une efficacité d'intérêt et une durabilité semblable par rapport à l'existant. Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEMEL) sont une technologie relativement robuste, mais pas encore dont le déploiement à grande échelle est menacée en raison du coût élevé de certaines composants, de la faible durabilité des composants au cœur de la cellule et de la disponibilité très limitée de certaines matières premières. L'un des principaux défis est lié à l'électrocatalyseur d'anode. A ce jour, le meilleur catalyseur de la réaction de dégagement d'O2 alliant activité et stabilité est l'oxyde d'iridium. L'iridium est l'un des métaux les plus rares dans la croûte terrestre. Le projet vise à développer des matériaux alliant une dispersion élevée d'iridium sur des supports d'oxydes dopés stables. Les différents matériaux développés au cours du projet seront testés à la fois en cellule électrochimique liquide, et en cellule PEMEL afin d'atteindre une preuve de concept de catalyseurs à faible chargement en Iridium en conditions de fonctionnement proches de celles utilisées dans l'industrie.

The objective of the PhD thesis project is to develop novel electrocatalytic systems for the oxygen evolution reaction in acidic medium, with ultralow content in precious metals (in particular from the platinum group) in order to reduce the loading in iridium in electrolysers, while maintaining high efficiency and a durability comparable to the state of art. Electrolysers based on proton exchange membranes (PEMEL) are a relatively robust technology, but not yet broadly deployed due to their high cost and low durability of the functional materials of the cell. One of the main challenges is the anode electrocatalyst. Today, the best catalyst for the oxygen evolution reaction in acid with an appropriate combination of activity and stability is iridium oxide. Iridium is one of the rarest metals in Earth's crust. The project will develop new materials combining a high dispersion of iridium on doped and stable oxides. The different materials will be evaluated in liquid electrochemical cell, and in a PEMEL cell in order to reach a proof of concept of catalysts with low iridium content and in operating conditions close to the ones prevailing in the industry.