Développement par PECVD d'assemblages multicouches membrane/électrodes pour la production/séparation d'hydrogène par voie solaire.

par Laurene Youssef

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Stéphanie Roualdes et de Stéphanie Roualdes.

Thèses en préparation à Montpellier en cotutelle avec l'Université Libanaise , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec IEM - Institut Européen des Membranes (laboratoire) et de DM3 - Design des Matériaux Membranaires et systèmes Multifonctionnels (equipe de recherche) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Le couplage direct de la séparation et de la photocatalyse en utilisant des membranes à base de dioxyde de titane, est une approche intéressante habituellement appliquée dans les dispositifs de traitement de l'eau, et récemment envisagée pour d'autres appl ications, telle que la production d'hydrogène par photoélectrolyse de l'eau. En effet, le dioxide de titane (TiO2) est bien connu pour ses propriétés photocatalytiques. En outre, s'il est immobilisé sur support membranaire plutôt qu'utilisé en suspension, son intégration en procédé de séparation est facilitée sans compter les gains apportés au procédé en termes de compacité, intégrité et capacité séparative. Pour une telle application, des cellules originales sous forme de multicouches doivent être conçues. En effet, certains systèmes sont décrits dans la littérature mais aucun d'entre eux n'est réellement intégré (c'est-à-dire basé sur une géométrie de type multicouche micro-architecturée), ni formé de couches minces obtenus par procédés plasma. Or les procédés plasma sont généralement compétitifs pour l'obtention de systèmes multicouches de grande intégrité et compacité. Dans le cadre de récents travaux menés à l'IEM, différents types de couches minces ont été préparées par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), à savoir : - des films de TiO2 connus pour leurs propriétés photocatalytiques ; - et des membranes phosphoniques de conduction protonique avérée. En outre, des films minces de platine efficaces pour la réduction catalytique des protons en hydrogène peuvent être également déposés à l'IEM par un autre procédé plasma, la pulvérisation cathodique. A ce stade, les films de TiO2 obtenus par PECVD peuvent encore être optimisés en termes d'activité photocatalytique et de propriétés séparatives ; cette optimisation, qui pourrait concerner le dopage de TiO2 par des éléments comme l'azote (permettant le déplacement de la bande interdite de la région UV vers la région visible), est un des objectifs de ce projet de thèse. En parallèle, le second et principal objectif de cette thèse est de démontrer l'intérêt de ces films de TiO2 pour la production/séparation de H2 par voie solaire. Dans ce but, des cellules intégrées originales doivent être conçues, assemblées et caractérisées. De telles cellules, dites photoélectrochimiques, à deux compartiments, seront constituées d'une membrane conductrice protonique en tant qu'électrolyte, prise en sandwich entre les couches de TiO2 et Pt jouant alors respectivement les rôles d'anode et de cathode.

  • Titre traduit

    Development of membrane/electrodes multilayer assemblies for production/separation of hydrogen via solar energy.


  • Résumé

    Direct coupling of separation and photocatalysis using membranes based on titanium dioxide, is an interesting approach usually applied in water treatment devices, and recently considered for other applications, such as hydrogen production by water photoelectrolysis. In fact, titanium dioxide (TiO2) is well known for its photocatalytic properties. In addition, it is immobilized on membrane support rather than used in suspension, its integration in the separation process is facilitated without counting the gains to the process in terms of compactness, integrity and separative capacity. For such an application, the original cells as multilayer must be designed. In fact, certain systems are described in the literature but none of them is actually integrated (that is to say, based on a micro-architectured geometry of multi-layer type) or thin-layered obtained by plasma processes. Or plasma processes are generally competitive for obtaining multilayer systems of high integrity and compactness. As part of recent work at the IEM, various types of thin films were prepared by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), namely: - TiO2 films known for their photocatalytic properties; - Phosphonic membranes and proved proton conduction. In addition, thin film platinum effective for catalytic reduction of hydrogen protons may also be deposited to the AEI by another plasma process, sputtering. At this stage, the TiO2 films obtained by PECVD can be further optimized in terms of photocatalytic activity and separative properties; this optimization, which could affect doping TiO2 by elements such as nitrogen (for moving the band gap of the UV region to the visible region), is one of the objectives of this thesis project. In parallel, the second and main aim of this thesis is to demonstrate the value of these films for hydrogen production/separation by solar systems based on TiO2. To this end, integrated original cells must be designed, assembled and characterized. Such cells, photoelectrochemical say, two compartments will consist of a proton conducting membrane as electrolyte sandwiched between layers of TiO2 and Pt then serving respectively the anode and cathode roles.