Elaboration et étude des propriétés électrocatalytiques d'électrodes composites polypyrrole/oxyde à valences mixtes de métaux de transition vis à vis de la réduction de l'oxygène en milieu acide
Institution:
Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this study was the direct incorporation of electrocatalytic particles of transition metals in a conducting polymer for realizing a composite electrode with catalytic reactivity towards the reduction of oxygen in acidic media. For the polymer matrix we chose the polypyrrole for his good conducting properties, his stability and his simplicity of obtaining on lot of conducting materials. The electrocatalytic materials use in this work was the spinel copper manganese oxide Cu1,4Mn1,6O4 whose catalytic reactivity towards oxygen reduction is well know. The elaboration of the composite electrodes PPy/ mixed oxide was done by a electrochemical method in aqueous solution with deposing PPy on a neutral material towards electrochemical oxygen reduction: the glassy carbon (GC). The elaboration was made in three consecutive steps with dropping a electroactive layer of polypyrrole in witch was dispersed our oxide PPy(Ox) between two PPy layers for having the sandwich materials GC/PPy/PPy(Ox)/PPy witch is our composite electrode. The composite electrodes obtained have excellent electrocatalytic reactivity towards the oxygen reduction in basic, neutral and acidic media with a good stability. In this work we show the different mechanism of the oxygen reduction reaction and specially the stabilization of the copper manganese oxide at pHs at witch he must be reduce and with conserving good conducting properties of our PPy films at potentials where PPy is not conductive. We study the different experimental parameters witch have an effect on the electrocatalytic properties of the composite electrodes GC/PPy/PPy(Ox)/PPy. This kind of composite electrode PPy/ mixed oxide can be used in the future in metal-air batteries.
Abstract FR:
L'objectif de ce travail était l'incorporation directe de particules d'électrocatalyseur à base de métaux de transition dans une matrice polymère conducteur en vue de réaliser une électrode composite présentant une réactivité électrocatalytique vis à vis de la réduction de l'oxygène en milieu acide. Pour la matrice polymère, notre choix s'est porté sur le polypyrrole en raison de ses bonnes propriétés conductrices, sa grande stabilité et sa simplicité de greffage sur divers matériaux conducteurs. L'électrocatalyseur utilisé dans ce travail est la manganite de cuivre de structure spinelle et de composition Cu1,4Mn1,6O4 dont l'activité électrocatalytique vis à vis de la réaction de réduction de l'oxygène est reconnue. L'élaboration des électrodes composites PPy/oxyde mixte s'est faite par la méthode électrochimique en solution aqueuse et en déposant le PPy sur un matériau qui est quasi neutre vis à vis de la réduction électrochimique de l'oxygène : le carbone vitreux (CV). L'élaboration de l'électrode se fait donc en trois étapes consécutives qui consiste à déposer une couche électroactive de polypyrrole dans laquelle est dispersée notre oxyde PPy(Ox) entre deux couches de PPy seul afin d'avoir la structure sandwich CV/PPy/PPy(Ox)/PPy qui est donc notre électrode composite. Les électrodes composites ainsi obtenues présentent une excellente réactivité électrocatalytique vis à vis de la réduction de l'oxygène basique, quasi-neutree et acide, avec une grande stabilité temporelle même après plusieurs utilisations. Nous mettons en évidence dans ce travail les mécanismes qui régissent cette réaction de réduction de l'oxygène et notamment le fait de stabiliser la manganite de cuivre à un pH où elle devrait être réduite électrochimiquement et de conserver de très bonnes propriétés conductrices des films de PPy qui constituent notre électrode composite à des potentiels où le PPy est peu conducteur ou isolant. Nous avons aussi étudié dans ce travail les différents paramètres expérimentaux qui influent sur les propriétés électrocatalytiques des électrodes composites CV/PPy/PPy(Ox)/PPy en les optimisant à chaque fois. Ce type d'électrode composite PPy/oxyde mixte permet d'envisager l'utilisation de tel système dans des batteries métal air.