Etude des mécanismes réactionnels de l'électro-réduction du dioxyde de carbone sur le plomb en vue de sa transformation en des composés organiques
Institution:
PoitiersDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this work was to promote the reduction of CO2 through its electrochemical conversion (electrosynthesis) on a lead electrode into high added value products. Depending on the nature of electrolyte, the electro-reduction of carbon dioxide leads to different products. Various electrolytes (aqueous or organic, protic or aprotic) were used to study two mechanisms: hydrogenation (formation of formate) and electrodimerization (synthesis of oxalate). Cyclic voltammetry studies have been carried out for electrochemically characterizing CO2 reduction on Pb. The electrochemical investigation of the electrode – electrolyte interface has shown that the process of CO2 electro-reduction is a mass transfer control both in the organic and aqueous media. Electrochemical experiments (cyclic voltammetry, chronoamperometry) coupled with in situ infrared reflectance spectroscopic techniques (SPAIRS, SNIFTIRS) have also shown that in aqueous medium (7 <pH<9) hydrogenocarbonate ions were reduced to formate. The modification of solvent (propylene carbonate) leads selectively to oxalate as the main reaction product. Long-term electrolyses were performed in a filter-press cell to deal large volumes. In aqueous medium, the reduction of to (RF = 89% at -2. 5 mA cm-2 and 4 °C) is always accompanied by the production of H2.
Abstract FR:
Les travaux présentés dans ce mémoire visent à promouvoir la valorisation du CO2 au travers de sa transformation électrochimique (électrosynthèse) sur le plomb en des produits à forte valeur ajoutée tels que les acides formique et oxalique. Selon la nature de l’électrolyte, la réduction du CO2 conduit à différents produits. Différents électrolytes (aqueux ou non-aqueux, protique ou aprotique) ont été utilisés pour étudier les deux mécanismes : l’hydrogénation (production de formiate) et l’électrodimérisation (synthèse d’oxalate). Des études par voltammétrie cyclique ont été réalisées afin de caractériser les systèmes électrochimiques étudiés. La caractérisation électrochimique de l’interface électrode – solution électrolytique a permis de montrer que le processus de réduction du CO2 est contrôlé par le transport de matière tant en milieu organique qu’en milieu aqueux. Des mesures électrochimiques (voltammétrie cyclique, chronoampérométrie) couplées à des techniques de spectroscopie infrarouge de réflexion in situ (SPAIRS et SNIFTIRS) ont aussi montré qu’en milieu aqueux (7 < pH < 9) l’ion hydrogénocarbonate se transforme en formiate. La modification du solvant (carbonate de propylène) oriente la réaction vers la production de l’oxalate. Des électrolyses ont été réalisées dans une cellule filtre-presse afin de traiter de grands volumes électrolytiques. En milieu aqueux, la réduction de en (RF = 89% à 4 °C pour j = -2,5 mA/cm²) est toujours accompagnée de la production de H2.