Vers le bas de la température de réduction du dioxyde de carbone en utilisant une cellule d'électrolyse à membrane électrolytique polymère

Towards the low temperature reduction of carbon dioxide using a polymer electrolyte membrane electrolysis cell

• Auteur / Autrice : Anuradha Soundiramourty
• Direction : Pierre Millet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 14/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Italcementi group
• Jury : Président / Présidente : Ally Aukauloo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Millet, Ally Aukauloo, François Lapicque, Kouakou Boniface Kokoh, Bénigne Bollotte, Fabien Auprêtre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Lapicque, Kouakou Boniface Kokoh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés complexes

Réduction électrochimique

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Mots clés libres

PEM cells

Réduction électrochimique

Complexes moléculaires

Chromatographie en phase gazeuse

PEM cells

Electrochemical reduction

Molecular complexes

Gas chromatography

Résumé

L’objectif principal de ce travail de thèse était d’évaluer les propriétés électro catalytiques de différents composés moléculaires vis-à-vis de la réduction électrochimique basse température du dioxyde de carbone, en vue d’applications dans des cellules d’électrolyse à électrolyte polymère solide. Après avoir mesuré les performances de métaux modèles (cuivre et nickel) servant de référence, nous avons testé les performances de quelques composés moléculaires à base de nickel. Le rôle catalytique de ces différents composés a été mis en évidence en mesurant les courbes intensité-potentiel dans différents milieux. Nous avons évalué l’importance de la source en hydrogène dans le mécanisme réactionnel. Les produits de réduction du dioxyde de carbone formés dans le mélange réactionnel ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse. Nous avons ensuite abordé la possibilité de développer des cellules d’électrolyse à électrolyte polymère solide. Nous avons testé des cellules utilisant soit des anodes à eau liquide pour le dégagement d’oxygène, soit des anodes à hydrogène gazeux. L’utilisation de complexes moléculaires à base de nickel à la cathode a permis d’abaisser le potentiel de la cathode et de réduire le CO₂ mais la réaction de dégagement d’hydrogène reste prédominante.

The main objective of this research work was to put into evidence the electrocatalytic activity of various molecular compounds with regard to the electrochemical reduction of carbon dioxide, at low temperature, in view of potential application in PEM cells. First, reference values have been measured on copper and nickel metals. Then the performances of some molecular compounds have been measured. The electrochemical activity of these different compounds has been put into evidence by recording the current-potential relationships in various media. The role of a hydrogen source for the reduction processes has been evaluated. The formation of reduction products has been put into evidence and analyzed by gas phase chromatography. Then, a PEM cell has been developed and preliminary tests have been performed. PEM cells with either an oxygen-evolving anode or a hydrogen-consuming anode have been tested. Using nickel molecular complexes, it has been possible to lower the potential of the cathode and to reduce CO₂ but the parasite hydrogen evolution reaction was found to remain predominant.