Synthèse et caractérisation des nouvelles architectures catalytiques pour une application en pile à combustible du type PEMFC
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Abstract EN:
This thesis is within the scope of new catalytic layers development for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) based on the transposition of the phenomenology of the three-phase boundary at the molecular scale. The fieldwork concerns the working out of hybrid organic/inorganic catalyst by grafting proton conducting polymers (PSS). Both methods have been developed to introduce the polymer on the platinum nanoparticles. The first method consists of using the "grafting from" technique and controlled radical polymerization (Atom Transfer Radical Polymerization). The second grafting method used is the "grafting onto" technique. It consists first in synthesizing the polymer and second in grafting by reaction of the functions of the latter with platinum nanoparticles. Modifications of synthesis parameters allowed constituting a collection of objects showing a wide range of grafting density. Electrochemical characterizations have brought numerous information on the structure, activity and selectivity of hybrid catalytic complex.
Abstract FR:
Cette thèse s'inscrit dans le contexte de développement de nouvelles couches catalytiques pour les piles à combustible du type PEMFC, basée sur la transposition de la phénoménologie du point triple à l'échelle moléculaire. Les travaux portent sur le greffage de polymères conducteurs protoniques à la surface de nanoparticules de platine afin d'obtenir des complexes catalytiques hybrides (organique/inorganique). Les matériaux ont été obtenus par deux méthodes de greffage du polystyrène sulfonate de sodium. La première méthode est la voie dite "grafting from". Elle consiste à polymériser le styrène sulfonate de sodium à partir de l'amorceur présent à la surface des nanoparticules de platine qui est greffé soit par "post greffage", soit par "greffage in situ". La seconde méthode appelée "grafting onto", quant à elle, consiste à synthétiser le polystyrène sulfonate de sodium en phase homogène puis de le condenser à la surface des nanoparticules de platine soit par "post greffage", soit par "greffage in situ" pendant les synthèses microémulsion "water in oil" et "instant method". La variation des paramètres de synthèse a permis de constituer une gamme de matériaux présentant une variété de densité de greffage à la surface des nanoparticules de platine. C'est sous la forme acide du polymère que s'opère la conduction protonique. Un traitement acide des matériaux a permis d'obtenir le polystyrène sulfonique (SO3H) à la surface des nanoparticules de platine. Les caractérisations électrochimiques réalisées dans deux milieux (support et oxydant) avec différentes électrodes de travail ont permis d'apporter de nombreuses informations sur la structure, l'activité et la sélectivité des complexes catalytiques hybrides.