Étude des réactions d’électrodes de l'hydrogène sur des électrocatalyseurs de Ni en milieu alcalin

Investigation of the hydrogen electrode reactions on Ni electrocatalysts in alkaline medium

• Auteur / Autrice : Alexandr Oshchepkov
• Direction : Antoine Bonnefont, Elena R. Savinova, Valentin Parmon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 22/11/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Boreskov Institute of Catalysis
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Strasbourg ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Galina Tsirlina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexander Maslii
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Galina Tsirlina, Frédéric Maillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible à hydrogène

Électrodes à hydrure

Oxydation

Électrocatalyse

Catalyseurs au nickel

Mots clés libres

Nickel

Électrocatalyseurs

Réaction d'oxydation de l'hydrogène

Réaction de d’évolution de l'hydrogène

Milieu alcalin

Modèle cinétique

Pile à combustible

Nickel

Electrocatalysts

Hydrogen oxidation reaction

Hydrogen evolution reaction

Alkaline media

Kinetic modeling

Fuel cell

Résumé

La thèse présentée traite principalement de l'influence de la composition et de l’état de surface d’électrodes à base de Ni sur la cinétique et le mécanisme des réactions d'oxydation/dégagement de l'hydrogène (HOR/HER) en milieu alcalin. En combinant les résultats de mesures électrochimiques avec une modélisation microcinétique, il a pu être montré que l'activité spécifique du Ni pour l’HOR/HER augmente jusqu'à 10 fois en présence à la fois d’oxydes de Ni et de Ni métallique à la surface de l'électrode. En outre, l'influence de l'addition d’un second métal aux électrocatalyseurs à base Ni sur leurs activités pour l’HOR/HER a été étudiée dans le cas des systèmes NiMo/C et NiCu/C. Dans les deux cas, une augmentation de l'activité spécifique a été observée par rapport à l'échantillon Ni/C de référence et a été attribuée à une diminution de l'énergie d'adsorption de l'hydrogène adsorbé sur Ni, espèce intermédiaire de l’HOR/HER.

The present thesis is mainly focused on the influence of the surface state of Ni electrodes on the kinetics and the mechanism of the hydrogen oxidation/evolution reactions (HOR/HER) in alkaline medium. By combining the results of electrochemical measurements with microkinetic modeling, it was shown that specific activity of Ni in the HOR/HER increases up to 10 times if along with metallic Ni, Ni oxide species are present on the electrode surface. In addition, the effect of the addition of a second metal to Ni electrocatalysts on their activity in the HOR/HER was investigated for NiMo/C and NiCu/C systems. In both cases an enhancement of specific activity was observed in comparison with the reference Ni/C sample, which was assigned to a decrease of the adsorption energy of the hydrogen intermediate on Ni participating in the HOR/HER.