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Nanocomposites à base de nanoparticules fonctionnalisées |
Propriétés et applicationLes propriétés étudiées au sein des différentes structures solides concernent leur activité électrocatalytique vis-à-vis de la réduction de l’oxygène. L’application concernée est celle des électrocatalyseurs, dont le platine est l’élément référent, utilisés dans les électrodes de piles à combustibles. Ces dispositifs électrochimiques permettent de produire une énergie électrique sans émettre de pollution avec un bon rendement, en consommant de l’oxygène et de l’hydrogène Principe de la pile à combustible (site de l'INPG/ENSEEG). Menée en collaboration avec l’UMR 8180 de l’Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines (A. Etcheberry), l’étude des propriétés électrochimiques des nanostructures développées au laboratoire a permis de mettre en évidence leur activité électrocatalytique significative vis-à-vis de la réduction de l’oxygène. Cette activité significative est surprenante d’une part parce qu’elle est observée malgré la présence de molécules greffées à la surface de la nanoparticule alors que la réduction de l’oxygène est censée impliquer la surface de platine elle-même. D’autres part parce que cette activité n’est pas corrélée à l’observation de surfaces électroactives significatives contrairement aux électrocatalyseurs de platine conventionnels non enrobés de molécules organiques. Ce comportement qui paraît paradoxal, pose la question des sites concernés par la réduction de l’oxygène sur ces électrocatalyseurs particuliers. Les différentes structures conçues au laboratoire sont utilisées pour aborder cette question fondamentale en tentant d’altérer de manière contrôlée l’enrobage organique des nanoparticules au sein des structures solides tout en préservant les caractéristiques du cœur de platine. Si les structures à base de films de Langmuir-Blodgett ont permis de montrer que dans un système plan (film de LB) la réponse électrochimique de l’oxygène dissous est optimale pour une structure possédant entre une et deux monocouches de nanoparticules le développement des structures poreuses présentent d’autres intérêts particuliers. Elles permettent de réaliser des électrodes dans lesquelles la quantité de platine introduite sous la forme de nanoparticules enrobées est contrôlée sur une large gamme (1µg/cm2 à quelques centaines de µg/cm2) avec une répartition volumique contrôlable. Elles peuvent être caractérisées électrochimiquement au laboratoire en oxygène dissous ou en oxygène gazeux, mais également être testées en pile à combustible (collaboration avec le Laboratoire LITEN de la Direction de la Recherche Technologique du CEA). Nous avons ainsi montré qu’une activité en réduction de l’oxygène (caractérisée par un pic de courant pour l’oxygène aqueux) peut être détectée pour des chargements très faibles. Ces électrodes constituent donc des systèmes modèles permettant d’optimiser le chargement en catalyseur. Des tests réalisés en pile montrent que nos électrodes cinq fois moins chargées en platine que des électrodes commerciales ont des performances équivalentes. |
![]() b. Tests en pile : Comparaison électrodes commerciales / laboratoire |