Spectroscopies en mode operando pour étudier l’activité et la stabilité de catalyseurs innovants à base de métaux non précieux en fonctionnement en piles à combustibles et électrolyseurs – SPECTROSCOPE

L'association des techniques de caractérisation par absorption des rayons X (XANES, EXAFS) avec des outils avancés de modélisation ab initio de la signature spectroscopique des sites catalytiques suspectés permettra de faire avancer les connaissances sur la nature, structure et nombre de sites catalytiques présents initialement dans ces matériaux ainsi que de suivre l'évolution de ces paramètres lors du fonctionnement en cellule PEMFC et PEMEL.

Les premières étapes du projet ont permis d'identifier par spectroscopie d'absorption X les espèces présentes dans les matériaux FeMoS synthétisés selon des protocoles différentes. Cette étude sera fondamentale pour la compréhension des manips in-situ operando à réaliser.
la caractérisation operando des catalyseurs FeSn-NC a permis de mieux comprendre les mécanismes de réaction catalysés par ces matériaux bimétalliques, qui sont les premiers de leur genre à être étudiés.

Etude des mécanismes complexes, tels que les phénomènes de dégradation, en utilisant de cellules PEMFC et PEMEL dans des conditions de travail.

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Le projet de recherche SPECTROSCOPE a pour objectif l’étude d'électrocatalyseurs innovants à base de métaux non précieux par spectroscopie d’absorption de rayons X en mode operando en pile à combustible et électrolyseur à membrane électrolyte polymère (acronymes PEMFC et PEMEL, respectivement, d’après l’anglais). A cette fin, le projet inclut la mise en place de cellules PEMFC et PEMEL adaptées pour des mesures utilisant le rayonnement synchrotron. Deux familles de catalyseurs innovants seront étudiées, d'une part des matériaux carbonés dopés en azote et en métaux de transition 3d et d'autre part des chalcogénures de molybdène ou tungstène dopés en métaux de transition 3d. Ces deux familles seront étudiées pour la réaction de réduction de l’oxygène et de dégagement de l’hydrogène, respectivement. L'association des techniques de caractérisation par absorption des rayons X (XANES, EXAFS) avec des outils avancés de modélisation ab initio de la signature spectroscopique des sites catalytiques suspectés permettra de faire avancer les connaissances sur la nature, structure et nombre de sites catalytiques présents initialement dans ces matériaux ainsi que de suivre l'évolution de ces paramètres lors du fonctionnement en cellule PEMFC et PEMEL. Le projet permettra d'aller au-delà de l'état de l'art en ce qui concerne les relations entre structure et propriétés catalytiques des matériaux. Encore plus ambitieux et ardu, le projet permettra d'étudier pour la première fois les mécanismes de dégradation de ces nouveaux matériaux en mode operando en cellules PEMFC et PEMEL (sans électrolyte liquide) et en conditions de fonctionnement pour des applications de haute puissance. Ceci permettra d'établir de nouvelles lignes directrices de recherche pour la prochaine génération d'électrolyseurs et piles à combustible de type PEM sans métaux précieux.