Theoretical investigation of the hydrogen electrocatalysis in alkaline media on bimetallic Ni-based electrodes

par Debora Heloisa Capella Salmazo

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Elena R. Savinova et de Wolfgang Schmickler.

Le président du jury était Roberto Marquardt.

Le jury était composé de Antoine Bonnefont, Fernanda Juarez.

Les rapporteurs étaient Jean-Sébastien Filhol, Frederik Tielens.

  • Titre traduit

    Etude théorique de l'électrocatalyse des réactions de l'hydrogène en milieu alcalin sur des électrodes bimétalliques à base de Ni


  • Résumé

    Le mécanisme de la réaction d’oxydation de l’hydrogène (HOR) dans Ni (111) est bien connu et se fait par étapes de Volmer-Heyrovsky, en milieu alcalin. Il a été proposé que la formation d'eau puisse jouer un rôle important. Dans cette thèse, j'ai étudié les surfaces de nickel et de nickel bimétallique en utilisant la théorie de la densité fonctionnelle (DFT). J'ai calculé des magnitudes thermodynamiques (comme les énergies libres d'adsorption de Gibbs) et des propriétés cinétiques (comme des barrières d'activation pour la formation d'eau). Plusieurs surfaces Ni / Cu ont été analysées. Celle qui contient 25% de Cu (sur la couche supérieure) a les meilleures performances: 1) l’énergie d’activation est de 0,2 eV, et 2) OH et H ne doivent pas être fortement adsorbés dans la plage de potentiel HOR.


  • Résumé

    The mechanism of hydrogen oxidation reaction (HOR) in Ni(111) is well-known and it happens through Volmer-Heyrovsky steps, in alkaline media. However it was proposed that water formation could play an important role. In this thesis, I have studied nickel and bimetallic nickel surfaces using density functional theory (DFT). I calculated thermodynamical magnitudes (like Gibbs energies of adsorption) and kinetic properties (like activation barriers for water formation). Several Ni/Cu surfaces were analyzed. The one with 25% of Cu (on top layer) has the best performance because: 1) the activation energy is 0.2 eV, and 2) OH and H are not to strongly adsorbed on the HOR potential range.


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