Etude de films électroactifs par couplage de techniques électrochimique et gravimétrique. Application à la caractérisation de membranes à conduction protonique. - Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Study of electroactive films by coupling electrochemical and gravimetric techniques : application to the characterization of proton conductive membrane.

Etude de films électroactifs par couplage de techniques électrochimique et gravimétrique. Application à la caractérisation de membranes à conduction protonique.

Résumé

Different kinds of electroactive films and the proton exchange membrane (PEM) have been characterized by coupling of electrochemical and gravimetric techniques. Specifically, two different configurations have been used and studied in different electrolytes: a simple, where the electroactive film is electrogenerated on the surface of gold electrode (gold / film) and another where a bilayer system, including an electroactive film called mediator and a proton exchange membrane (Gold/film/PEM) is carried. At the first stage, a new theoretical model was created in considering that the electroactive film has a porous nature. The model allows the separation of the kinetic of electron transfer at electrode/film interface and ion and solvent transfer at film/solution interface to be obtained. At the second stage, this model has been applied to experimental data of different films and the numerical values of various parameters were obtained by a fitting method. Thanks to a powerful technique, ac-electrogravimetry, several phenomena have been revealed. Depending on the type of electroactive films, the global kinetics of the electrochemical process is controlled mainly by the ionic transfer and sometimes by both the ionic and electronic transfers. Although the Faradic process of bilayer systems depends only on the film mediator, the presence of the PEM layer changes the global kinetic of this film mediator. Quantitatively and qualitatively, the contribution of each (charged or not) species, involved in this electrochemical process is determined. According to the perm-selectivity to ions and water from the PEM membrane, different species such as proton, anion and free water have been identified for the bilayer systems.
Divers films électroactifs à conduction mixte électronique et ionique ainsi que des membranes échangeuses de protons (PEM) ont été caractérisées par couplage de techniques électrochimique et gravimétrique. Plus précisément, deux configurations différentes ont été employées et étudiées dans différents électrolytes : l’une simple, où le film électroactif est électrogénéré à la surface d’une électrode d’or (Or/film) et l’autre, où une structure bicouche, comprenant le film électroactif dit médiateur et la membrane échangeuse de proton (Or/film/PEM), est réalisée. Dans un premier temps, nous avons développé un nouveau modèle théorique qui considère que les films électroactifs ont une nature poreuse. Il permet aussi de séparer le transfert électronique à l’interface électrode/film du transfert ionique à l’interface film/solution.Dans un deuxième temps, ce modèle a été appliqué aux données expérimentales déterminées à partir des différents films réalisés et les valeurs numériques des différents paramètres ont été obtenues par une méthode d'ajustement. Grâce à une technique puissante, l’électrogravimétrie, plusieurs phénomènes ont été mis en évidence. Dépendant du type de films électroactifs, la cinétique globale du processus électrochimique est majoritairement contrôlée par le transfert ionique et parfois, à la fois par celui-ci et le transfert électronique. Bien que le processus faradique des structures bicouches ne dépend que du film électroactif médiateur, la présence de la couche PEM change cette cinétique globale du film médiateur. De façon quantitative et qualitative, la contribution de chaque espèce chargée ou non, impliquée dans ce processus électrochimique est déterminée. Selon la perm-sélectivité aux ions et à l’eau de la membrane PEM, différentes espèces tels que le proton, l’anion et l’eau libre ont été identifiées pour les structures bicouches.
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Citer

Loan To Thi Kim. Etude de films électroactifs par couplage de techniques électrochimique et gravimétrique. Application à la caractérisation de membranes à conduction protonique.. Chimie. Université Pierre et Marie Curie, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01086589⟩
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