Synthèse et caractérisation de nanocatalyseurs à base de palladium pour l'oxydation du glucose et la réduction de l'oxygène moléculaire en milieu alcalin
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L'objet de cette étude était le développement de nanocatalyseurs pour une application dans une pile glucose/oxygène en milieu alcalin. Avec la demande de plus en plus croissante d'énergie propre et moins chère, il paraît judicieux de s'orienter vers des dispositifs moins toxiques de pile à combustible qui peuvent utiliser le glucose comme combustible. Ce travail de thèse s’est donc attaché à synthétiser et caractériser de nouveaux matériaux catalytiques à base de palladium (Pd/C, PdAg/C et PdNi/C) et à analyser leur activité vis-à-vis des réactions de réduction de l'oxygène et de l'électrooxydation du glucose. Les nanocatalyseurs utilisés lors de ces travaux ont été synthétisés par microémulsion «water-in-oil» et sont supportés sur du carbone Vulcan XC-72R. Les caractérisations physiques montrent des nanoparticules assez uniformes et la taille moyenne des particules reste inférieure à 5 nm. La réaction de réduction de l'oxygène commence tôt à la surface de ces catalyseurs (environ 0,92 V vs. ERH) et le nombre d'électrons échangés est proche de 4. Le couplage voltammétrie / spectroscopie IR a permis de montrer que le glucose s’oxyde à bas potentiel à la surface de ces électrodes. Le produit primaire de cette déshydrogénation est la gluconolactone qui s’hydrolyse en solution en gluconate. Le dioxyde de carbone est aussi un produit d’oxydation. Sa présence à des potentiels élevés montre que le squelette de la molécule initiale du glucose subit une adsorption dissociative notamment sur Pd70Ag30.
Mots-clés libres : Nanocatalyseurs, Pd/C, PdNi/C, PdAg/C, glucose, réduction de l’oxygène.
This work concerns the development of nanocatalysts for a glucose/oxygen fuel in alkaline medium. Therefore, carbon supported based palladium nanomaterials (Pd/C, PdAg/C and PdNi/C) were synthesized and characterized. Their electrocatalytic activity towards both the glucose oxidation and oxygen reduction reaction (ORR) was studied. The electrode materials have been synthesized by “water-in-oil microemulsion” and the physic-chemical characterizations provided information on their shape, morphology. Their average particle size remained less than 5 nm. The oxygen reduction reaction performed with Rotation Ring Disk Electrode (RRDE) on these catalysts led to a four electrons process i.e. without hydrogen peroxide as intermediate (at ca. 0.85 V vs. RHE). Cycling voltammetry combined with Single Potential Alteration Infrared Reflectance Spectroscopy (SPAIRS) was helpful to show that the primary product of the glucose dehydrogenation is the d-gluconolactone. The latter oxidation product undergoes hydrolysis to gluconate in electrolytic solution. At high potential, the dissociative adsorption of glucose on Pd70Ag30 gave carbon dioxide as another oxidation product.
Keywords : Nanocatalyst, Pd/C, PdNi/C, PdAg/C, glucose, oxygen reduction.
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