Nouvelles stratégies d'élaboration de matériaux poreux à base d'iridium pour la réaction de dégagement de dioxygène
New strategies for the elaboration of porous materials based on iridium towards the oxygen evolution reaction
par Marine ELMAALOUF sous la direction de Jean-Yves PIQUEMAL
Thèse de doctorat en Chimie, énergie, nanosciences, surfaces
ED 388 Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre

Soutenue le lundi 31 janvier 2022 à Université Paris Cité

Sujets
  • Eau -- Électrolyse
  • Énergies renouvelables
  • Génération d'hydrogène
  • Iridium
  • Nanoparticules

Les thèses de doctorat soutenues à Université Paris Cité sont déposées au format électronique

Consultation de la thèse sur d’autres sites :

TEL (Version intégrale de la thèse (pdf))
Theses.fr (Version intégrale de la thèse (pdf))

Description en anglais
Description en français
Mots clés
Électrolyse de l'eau, Oxyde d'iridium, Réaction d'évolution de l'oxygène, Nanomatériaux
Resumé
La préservation de l'environnement et les besoins énergétiques croissants nécessitent le développement rapide d'alternatives aux énergies fossiles. Dans ce contexte, le dihydrogène est considéré comme le vecteur énergétique du futur. L'électrolyse de l'eau est une des voies les plus prometteuses pour produire de « l'hydrogène vert ». Parmi les défis à relever dans les technologies d'électrolyse, un enjeu important est la diminution de la charge en métaux nobles dans les couches catalytiques, et notamment de l'iridium dans les anodes des électrolyseurs à membrane échangeuse de proton (PEM). L'oxyde d'iridium est le seul catalyseur stable et actif dans les conditions anodiques d'un électrolyseur PEM, cependant, Ir est un élément rare et cher et son utilisation impacte le coût du système. Outre la diminution du coût d'investissement, augmenter l'activité catalytique des catalyseurs anodiques permettrait également de limiter la surtension de la réaction d'évolution de l'oxygène (OER) et de directement diminuer le coût de production de H2. L'objectif de ces travaux de thèse est de réduire la quantité d'iridium nécessaire dans les électrolyseurs tout en maintenant leurs performances. Pour cela, des oxydes à base d'iridium, à structure hiérarchique hautement poreuse, ont été synthétisés par processus aérosol et par voie colloïdale. Dans le cas des matériaux à base d'iridium-molybdène, nous avons montré que la présence de petites particules cristallisées pourrait expliquer l'activité vis-à-vis de l'OER des oxydes d'iridium calcinés à basse température. La combinaison d'études ex situ et in situ nous a permis de proposer un mécanisme pour la formation de nanocages d'oxyde d'iridium à partir de cubes d'oxyde cuivreux. Dans les deux cas, ces études ont permis une meilleure compréhension des mécanismes de formation et des relations structures-propriétés catalytiques des matériaux à base d'oxyde d'iridium.