Facteurs contrôlant la catalyse moléculaire dans des films electroactifs: clefs pour l'optimisation de réactions pour le stockage de l'énergie. – CATMEC

Afin de répondre à la demande croissante en énergie, des sources d’énergie alternatives doivent être exploitées et l’énergie ainsi obtenue doit pouvoir être stockée. La photoélectrolyse de l’eau est un moyen prometteur de stocker l’énergie solaire dans des liaisons chimiques. Cependant, pour être efficaces, les réactions d’oxydo-réduction de l’eau nécessitent l’utilisation de catalyseurs le plus souvent sous la forme de couches minces déposées à la surface des électrodes. L’identification des facteurs contrôlant le fonctionnement de tels systèmes et la compréhension de l’interdépendance des différents paramètres est donc nécessaire pour l’optimisation des performances de systèmes d’électrolyse de l’eau.
En plus de la réaction catalytique elle-même, il apparaît que les deux paramètres principaux contrôlant de tels systèmes sont le transport des électrons de ou vers l’électrode pour générer la forme active du catalyseur et le transport du substrat à travers le film. Des protons étant consommés ou produits dans ces réactions, le transfert couplé électron-proton joue un rôle important dans le cycle catalytique. Aussi, le transport des protons et/ou des formes acides ou basiques du tampon peut influencer la réponses catalytique. Ainsi dans de tels systèmes, il est important de considérer que le transport des électrons dans le film peut être couplé au transport des protons et d’en comprendre le mécanisme.
Le présent projet propose un programme général visant à l’analyse les différents aspects des problèmes décrits ci-dessus. Ceci va être mené à bien selon la stratégie suivante : modélisation théorique pour étendre notre modèle déjà existant et décrivant les courbes intensité-potentiel en régime stationnaire pour des films électrocatalytiques impliquant un simple couple rédox couplé à un transfert de proton à d’autres types de mécanismes; étude des caractéristiques intrinsèques du transport électron-proton ; étude du rôle cinétique de la base du tampon ainsi que celle du rôle des ions de l’électrolyte incorporé dans le film électrolytique; extension des études menées sur le catalyseur Co-OEC (filme d’oxyde de cobalt électrodéposé) à d’autres films d’oxydes tels que Ni-OEC ou Mn-OEC en suivant la même méthodologie et en utilisant le modèle développé de sorte à aboutir à une comparaison raisonnée des performances catalytiques des films d’oxydes métalliques pour l’oxydation de l’eau; étudier expérimentalement et théoriquement la possibilité d’accroître l’activité catalytique en incluant dans les films un matériau permettant une conduction ohmique des électrons.