Effet de l'orientation sur les nanofilms de Pd/Pt(hkl) : électrodépôt, caractérisation et isothermes électrochimiques de Pd-H Orientation effect on Pd/Pt(hkl) nanofilms

par Bruno Alarcon Fernandes Previdello

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Yvonne Soldo-Olivier.

Soutenue le 08-04-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et Interfaces (équipe de recherche) et de Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces (laboratoire) .

Le président du jury était Marian Chatenet.

Le jury était composé de Yvonne Soldo-Olivier, Eric Sibert, Emmanuel Maisonhaute.

Les rapporteurs étaient Pierre-Antoine Bonnefont, K.boniface Kokoh.


  • Résumé

    Le présent travail s’intéresse à l’électro-dépôt et à la caractérisation des nanofilms Pt/Pd(hkl) ainsi que leurs propriétés en relation avec le stockage d’hydrogène. Les effets de taille nanométrique, de l’épaisseur et de l’orientation cristallographique du substrat ont été étudiés.En comparant les films Pd/Pt(111) et Pd/Pt(100), des caractéristiques distinctes ont été observées aussi bien pour les courbes d’électro-dépôt que durant les caractérisations électrochimiques et par AFM ex situ. Les dépôts Pd/Pt(100) ont montré la présence d’un dépôt en sous tension jusqu’à deux couches atomiques, ce qui est assez inhabituel. Les films plus épais montrent la présence de pyramides à base carrée alignées sur l’orientation (100) du substrat. Au contraire, seule la première couche de Pd/Pt(111) se dépose en sous-tension et le dépôt présente un caractère pseudomorphe jusqu’à 10 couches complètes.L’absorption d’hydrogène dans les nanofilms de Pd/Pt(100) a été étudiée avec une méthode « classique » dans une solution d’acide sulfurique. Nous avons développé une nouvelle méthode recourant à une électrode tournante à ménisque suspendu pour mesurer l’insertion d’hydrogène dans les films les plus minces de Pd/Pt(111), où l’insertion d’hydrogène et le dégagement de H2(g) ne sont pas bien séparés.Les isothermes d’insertion d’hydrogène présentent des points communs entre les deux systèmes, comme la réduction du taux maximal d’insertion (H/Pd)max comparé au Pd massif, valeur qui décroît avec la réduction d’épaisseur. La largeur de la région biphasique décroît aussi avec la réduction d’épaisseur de film et présent une pente. Cette pente a été attribuée à la présence de sites d’insertion non-équivalents résultant des contraintes induites par le substrat. Cependant, pour Pd/Pt(100), la pente est moins prononcée et la valeur de (H/Pd)max décroît plus rapidement avec l’épaisseur. Sa valeur pour Pd5ML/Pt(100) est à peine supérieure au taux d’insertion αmax du Pd massif.

  • Titre traduit

    Orientation effect on Pd/Pt(hkl) nanofilms : electro-deposition, characterization and electrochemical Pd-H isotherms


  • Résumé

    The present work focuses on the electro-deposition and characterization of Pd/Pt(hkl) nanofilms and on their properties concerning hydrogen storage. The effects of the nanometric size, of the thickness and of the substrate’s orientation have been studied.Comparing Pd/Pt(111) and Pd/Pt(100) films, distinct features were observed either in the electrodeposition curve or in the electrochemical and ex situ AFM characterizations. Pd/Pt(100) deposits have shown the presence of an UPD process up to two layers, which is a quite uncommon phenomenon. Thicker films show the presence of square based pyramids, following the substrate’s (100) orientation. On the contrary, only the first layer is Under Potentially Deposited in Pd/Pt(111) films and the deposit presents a pseudomorphic character up to about 10 complete layers.Hydrogen absorption into the Pd/Pt(100) nanofilms was studied following a “classical” method in sulphuric acid medium. We have developed a new method using the hanging meniscus rotating disk electrode (HMRDE) to measure the hydrogen insertion into ultra-thin Pd/Pt(111) films, where H insertion and HER (Hydrogen Evolution Reaction) are not well separated. The hydrogen insertion isotherms present some common points between the two studied systems, like smaller value of the maximum hydrogen insertion rate (H/Pd)max compared to bulk Pd, value which decreases with the decrease of the thickness. The two-phase region width decreases with film thickness as well and presents a slope. Such slope has been attribtued to the presence of non-equivalent insertion sites due to substrate induced constraints. Nevertheless, for Pd/Pt(100) the slope is less pronounced and (H/Pd)max value decreases more rapidly with thickness. Its value in correspondence of Pd5ML/Pt(100) is only slightly higher than the αmax insertion rate of bulk Pd.


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