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Caractérisation de l’activité intrinsèque de catalyseurs à base de platine pour l’électro-oxydation de l’éthanol à l’aide des microélectrodes à cavité et de la spectroscopie d’impédance électrochimique.

Tremblay, Marie-Lise (2011). Caractérisation de l’activité intrinsèque de catalyseurs à base de platine pour l’électro-oxydation de l’éthanol à l’aide des microélectrodes à cavité et de la spectroscopie d’impédance électrochimique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 254 p.

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Résumé

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L’utilisation directe de l’éthanol pour alimenter les piles à combustible est de plus en plus étudiée car ce combustible possède une grande densité d’énergie, est disponible sous forme de liquide facile à stocker, est non-toxique et peut être produit par valorisation de la biomasse. Cependant, l’intérêt commercial de ces piles est conditionnel au développement d’électrocatalyseurs performants. Dans ce contexte, le présent travail a pour but de mieux comprendre les catalyseurs à base de platine pour l’électro-oxydation de l’éthanol. Plus spécifiquement, l’effet de la microstructure et de la composition des catalyseurs sur l’activité catalytique a été étudié. Le broyage mécanique a été utilisé pour synthétiser des matériaux de Pt, PtRu et PtSn. Cette méthode permet d’obtenir des catalyseurs ayant différentes propriétés physicochimiques. Ces propriétés ont été caractérisées par diffraction des rayons X, spectroscopies à dispersion d’énergie (SDE) et photoélectronique X (SPX). Ensuite, les performances catalytiques ont été déterminées par voltampérométrie cyclique, chronoampérométrie et spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) dans l’éthanol. Les microélectrodes à cavité (MEC) ont été utilisées pour contenir les catalyseurs et en tester les propriétés électrocatalytiques sans avoir recours à des liants polymériques dont les contaminants peuvent affecter les résultats. Il est impératif de normaliser les courants obtenus par la surface réelle de chaque électrode (i.e. activité intrinsèque) puisque les catalyseurs étudiés ont une surface spécifique qui varie entre <1 et ~100 m²/g. Une méthode basée sur la SIE a été proposée à cette fin. Le principe consiste à mesurer la capacitance totale de l’électrode et de la convertir en valeur de surface réelle en utilisant une valeur de capacité spécifique convenablement choisie. La méthode basée sur la SIE a été contre-vérifiée par des méthodes courantes de détermination de surface active (intégration de la charge UPD d’hydrogène, redissolution anodique du cuivre). Cependant, ces méthodes ne s’appliquent pas à tous les matériaux de la présente étude contrairement à la SIE. L’utilisation des MEC combinée à la détermination de la surface réelle par SIE constitue une des contributions scientifiques originales de ce travail. Ce travail a permis de conclure que les catalyseurs sous forme d’alliage (PtRualliage) offrent de meilleures performances que leur équivalent composite (PtRuhss - hss pour haute surface spécifique). En d’autres termes, le ruthénium doit être dispersé à l’échelle atomique avec le platine pour être actif à l’électro-oxydation de l’éthanol. Cette conclusion est un des points saillants de ce travail. Les densités maximales de courant obtenues lors des expériences de chronoampérométrie sur ces catalyseurs de proportion Pt:M 75:25 est la même indépendamment de la nature de M (Ru ou Sn). De plus, cette étude démontre que les catalyseurs de PtSn ont besoin de subir une procédure d’activation afin d’obtenir une densité de courant maximale. Les études SPX à différentes étapes de l’activation laissent croire qu’un phénomène d’oxydation et de lixiviation de l’étain de surface est en cause.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Guay, Daniel
Co-directeurs de mémoire/thèse: Lasia, Andrzej
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: catalyseurs à base de platine; électro-oxydation de l’éthanol; microstructure; composition; broyage mécanique
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 09 juill. 2014 19:42
Dernière modification: 16 mars 2016 14:33
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2167

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