DEPOT DE NANOPARTICULES DE PLATINE SUR LA SURFACE

DEPOT DE NANOPARTICULES DE PLATINE SUR LA SURFACE

Ce chapitre a pour objectif de sélectionner l’électrocatalyseur à base de dioxyde d’étain qui semble le plus adapté pour l’application visée. L’électrocatalyseur présentant les meilleures propriétés physico-chimiques et électrochimiques sera ensuite caractérisé sur banc de test monocellule. Cette dernière méthode est proche des conditions réelles de fonctionnement d’une pile à combustible. Le chapitre 5 sera consacré à ce sujet. La caractérisation électrochimique sur électrode à disque tournant (RDE) nécessite peu de matière et est plus facile à mettre en œuvre que la préparation et la caractérisation d’assemblage membrane-électrodes (AME). Cette analyse a été utilisée, dans un premier temps, pour sélectionner la meilleure méthode de dépôt de platine sur la base des performances initiales (début de vie, avant tests de vieillissement accélérés) Comme montré dans le chapitre 3, l’aérogel SnO2: Sb (10 %at.) présente les propriétés physico-chimiques les plus adaptées en termes de morphologie et de conductivité électronique. Ce matériau a donc été sélectionné comme support pour tester et comparer différentes méthodes de dépôt de nanoparticules de platine. Enfin la durabilité de l’électrocatalyseur possédant les meilleures performances en début de vie, et en particulier la tenue du support de catalyseur, a été évaluée en appliquant des tests de vieillissement accéléré (AST, pour Accelerated Stress Test). Tous nos électrocatalyseurs ont été comparés à la référence TEC10E40E (40 % massique de Pt sur du carbone non graphité possédant une haute surface spécifique) de la société TANAKA. Cette référence est composée d’un support en noir de carbone possédant une haute surface spécifique (SBET Pt/HSAC = 800 m²/g). Comme nous l’avons vu au chapitre 1, un noir de carbone faiblement graphité possède un nombre de sites d’ancrage pour le platine plus important qu’un noir de carbone graphité. Il est donc particulièrement adapté pour l’obtention d’activités catalytiques élevées en début de vie. A noter tout de même que sa tenue à la corrosion est moins bonne qu’un carbone graphité.

La méthode de réduction par l’intermédiaire de l’éthylène glycol (EG) a été utilisée pour la première fois par Fievet et al. pour la réduction de sels métalliques [224], puis adaptée pour le dépôt de nanoparticules de platine [225]. Cette méthode est aujourd’hui largement utilisée dans la littérature [131, 139, 142, 143, 219, 226-228]. Lors de cette méthode, les nanoparticules de platine sont d’abord formées en dissolvant 140 mg de H2PtCl6, 6H20 (Sigma-Aldrich, ref : 206083) dans 100 ml d’éthylène glycol (Alfa-Aesar, ref : A11591). Le pH a été ajusté à 10 par addition de NaOH en quantité correspondante. La solution a été chauffée par reflux à 160 ° C pendant 30 min sous argon. A partir d’éthylène glycol (CH2OH-CH2OH) un acétaldehyde (CH3-CHO) peut être formé par une réaction de déshydratation (65). L’acétaldehyde peut alors réduire les ions métalliques selon la réaction (66). Cette réduction douce favorise une croissance de particules métalliques relativement lente. En milieu basique, un glycolate (CH3-CO-CO-CH3) est formé par la réaction (67). Les glycolates sont des ligands qui vont stabiliser les nanoparticules ainsi produites et qui s’adsorbent préférentiellement sur certaines facettes du platine. Ainsi, certaines orientations cristallines du platine sont favorisées [229]. Pour cette méthode de dépôt, l’éthylène glycol va donc agir à la fois comme agent réducteur et stabilisant des nanoparticules de Pt.