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Etude électrochimique de structures nanocomposites à base de nanoparticules de platine enrobées élaborées selon une approche bottom-up : intérêt dans le domaine des piles à combustible

Présentée par : Monsieur Henri PEREZ Spécialité : Chimie Laboratoire : CEA SACLAY - DSM/IRAMIS/SPAM - LFP

Résumé :
L’approche bottom-up que nous rapportons ici concerne la synthèse de nanoparticules de platine aux caractéristiques bien contrôlées, par chimie en solution à partir de précurseurs moléculaires, mais également leur organisation en films de Langmuir-Blodgett ou leur assemblage avec des nanotubes de carbone pré-synthétisés pour former des électrodes poreuses. L’étude des propriétés macroscopiques de ces structures à l’état solide permet d’étudier l’influence des modifications apportées sur les briques élémentaires à l’échelle nanométrique, au niveau de l’enrobage organique des nanoparticules de platine. Considérant ces objets comme des systèmes nanocomposites, nous mettons en évidence leur comportement électrochimique particulier vis-à-vis de l’adsorption-désorption des protons et leurs propriétés électrocatalytiques remarquables vis-à-vis de la réduction de l’oxygène, tandis que l’enrobage des nanoparticules reste essentiellement intact. Outre les questions fondamentales posées par ces résultats, des tests en pile montrent des performances très élevées pour des chargements en platine très faibles. Ces résultats vont à l’encontre de l’idée selon laquelle la présence de molécules organiques à la surface des électrocatalyseurs est a priori problématique pour une utilisation en piles à combustible, et illustrent donc l’intérêt d’une approche bottom-up dans le développement de cette technologie.

Abstract :
The bottom-up approach reported here is related to the synthesis of platinum nanoparticles, by wet chemistry using molecular precursors, as well as their organization in Langmuir-Blodgett films and their controlled combination with carbon nanotubes to form porous electrodes. Looking at the macroscopic properties in the solid state allows the influence of the modifications performed at nanoscale on the organic crown of the nanoparticles to be studied. Considering these nano-objects as nanocomposites, we show their particular electrochemical behaviour towards Hydrogen Underpotential Deposition and their remarkable properties with respect to oxygen reduction, while the organic component is kept intact. Beyond the fundamental questions raised by these results, fuel cell tests demonstrate high performances for low platinum loadings. These results contrast with the opinion reported in fuel cell community, that having an organic capping on the electrocatalyst might result in deleterious effect on the performances and illustrate the potentiality of the bottom-up approach in the development of fuel cell technology.
Informations complémentaires
Bruno CHAUDRET, Directeur de Recherche CNRS  au laboratoire de Chimie de Coordination UPR CNRS 8241 – Rapporteur
Jean-Michel LEGER, Directeur de recherche CNRS au  Laboratoire de Catalyse en Chimie Organique UMR 6503 – Rapporteur
Hynd REMITA, Directeur de recherche CNRS au Laboratoire de Chimie Physique Université de Paris Sud ORSAY – Rapporteur
Arnaud ETCHEBERRY, Directeur de recherche CNRS au Laboratoire UMR 8180 ILV à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines– Examinateur
Gérard GEBEL, Chercheur CEA au DSM/INAC/SPrAM/PCI de Grenoble – Examinateur
Francis Sécheresse, Professeur à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines – Examinateur
Nicole Mermilliod, Directrice du programme transverse Nouvelle Technologies pour L’énergie du CEA– Examinateur
Contact :
Direction de la Recherche des Etudes Doctorales et de la Valorisation - DREDVal :