Etude des effets d’alliages et des propriétés catalytiques d’électrodes alliées pour la réaction d'évolution de l'hydrogène

Details

Supervisors

Jacques, Pascal

Faculty

Ecole polytechnique de Louvain

Degree label

Master [120] : ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité spécialisée

Abstract

La réduction de protons en hydrogène gazeux à la surface d’une électrode (HER) est une réaction ayant une grande importance dans les systèmes électrochimiques car elle peut être une réaction désirée ou être une réaction parasite en fonction des systèmes considérés. Cette réaction est grandement influencée par les matériaux composants l’électrode en raison de l’impact de la force de liaison entre l’hydrogène et le matériau sur la cinétique de la réaction. Cependant, ces matériaux doivent également répondre à des critères de soutenabilités en terme financier et de disponibilité pour être déployés. Le développement d’alliages innovants serait une solution pour trouver des matériaux qui répondent à ces critères. L’objectif de ce travail est de comprendre comment des éléments d’alliages influencent HER à la surface d’une électrode à base de fer, ce métal abondant et peu cher. La cinétique de HER en milieu acide a été étudié en détails. L’importance des prises de mesures dans un système à l’état stationnaire a été mis en avant en expliquant l’impact de certains paramètres expérimentaux. Les paramètres étudiés sont la vitesse de balayage du potentiel dans le cas de mesures par voltammétrie cyclique, la présence d’électrolyte de support et l’aération de la solution à l’azote. La technique de spectroscopie d’impédance électrochimique a également été utilisée pour comprendre la cinétique réactionnelle. Un seul demi-cercle dans le diagramme de Nyquist est observé alors qu’il faudrait en observer deux pour HER. L’importance de la connaissance de l’étape déterminante de vitesse dans le mécanisme réactionnelle pour comprendre les effets d’alliages a également été souligné. L’hypothèse retenue pour expliquer comment les éléments d’alliages modifient la cinétique de HER est la variation du centre de la bande électronique d. La variation du centre de la bande électronique d provient des effets d’ensemble, de contraintes et de l’électronégativité. Les positions des éléments purs sur les diagrammes en volcan illustrant le principe de Sabatier ne sont ainsi pas suffisantes pour expliquer les effets d’alliages sur la cinétique de HER. Le centre de la bande électronique d joue un rôle sur la force de liaison des protons mais également des espèces inhibitrices de la réaction.