Développement d'électrocatalyseurs anodiques plurimétalliques nanostructurés pour une application en pile à combustible à membrane alcaline solide (SAMFC)
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Abstract EN:
Solid Alkaline Membrane Fuel Cells are feasible alternatives to PEMFCs, allowing a wider choice of catalytic materials and fuels other than hydrogen, like small organic molecules and borohydrides. Several nanocatalysts were synthesized by a colloidal method and their activity and selectivity were studied toward the glycerol and NaBH4 electrooxidation in alkaline medium. Those catalysts are palladium based. Its interaction with Au, Ni and Bi were also evaluated. A Pt/C catalyst was also studied as well as its interaction with bismuth. PdAu/C catalysts presented a higher activity toward the glycerol electrooxidation than monometallic Au/C and Pd/C. This fact is explained by a synergetic effect between both metals that form ordered alloys. A bifunctional mechanism seems more appropriate to explain the increased activity of palladium rich PdNi/C catalysts. PdBi/C and PtBi/C are the most active catalysts for the glycerol oxidation due to adatom and bifunctional effects. The primary alcohol functions of the glycerol molecule are preferentially oxidized on Pd and Pt based catalysts. The production of hydroxypyruvate ion species was evidenced on Au/C catalyst. A mechanism was proposed for the NaBH4 oxidation on palladium, involving hydrolysis, hydrogen and borohydride oxidation steps. Pd0,5Au0,5/C and Pd0,5Ni0,5/C catalyst activities are similar to that of Pd/C. NaBH4 direct oxidation occurs on Pt0,9Bi0,1/C at low potentials without hydrogen evolution. Glycerol oxidation in alkaline fuel cell allows the cogeneration of electricity and high value added chemicals while NaBH4 oxidation allows for high energy and power density systems.
Abstract FR:
Les piles à combustible alcalines sont des alternatives aux PEMFC, permettant un plus large choix des catalyseurs et de combustibles, comme les petites molécules organiques et les borohydrures. L'activité et la sélectivité de nanocatalyseurs synthétisés par une méthode colloïdale ont été évaluées pour l'électrooxydation du glycérol et du borohydrure de sodium en milieu alcalin. La formulation des catalyseurs a été basée sur le palladium. Son interaction avec Au, Ni et Bi a été étudiée. Un catalyseur Pt/C a été également étudié ainsi que son interaction avec Bi. Concernant l'oxydation du glycérol, les catalyseurs PdAu/C sont plus actifs que les catalyseurs Au/C et Pd/C. Ce fait est expliqué par un effet synergétique entre les deux métaux qui forment des alliages ordonnés. Dans le cas des catalyseurs PdNi/C riches en Pd un mécanisme bi-fonctionnel semble plus probable pour expliquer l'augmentation d'activité. Les catalyseurs PdBi/C et PtBi/C sont les plus actifs. Les fonctions alcools primaires du glycérol sont oxydées préférentiellement sur les catalyseurs à base de Pd et Pt. La production de l'ion hydroxypyruvate a été détectée sur le catalyseur Au/C. Un mécanisme de l'oxydation de NaBH4 sur le Pd a été proposé, impliquant les réactions d'hydrolyse, d'oxydation de l'hydrogène et du borohydrure. Les catalyseurs Pd0,5Au0,5/C et Pd0,5Ni0,5/C ont une activité identique à celle du Pd/C. Le catalyseur Pt0,9Bi0,1/C est actif pour l'oxydation directe de NaBH4 à bas potentiels. L'oxydation du glycérol permet la cogénération d'électricité et de produits chimiques à haute valeur ajoutée, tandis que l'oxydation de NaBH4 permet d'atteindre de fortes densités d'énergie et de puissance.