Tran, Xuan Thai
(2023).
« Synthèse et caractérisation des dichalcogénures de métaux de transition pour améliorer la performance de la réaction de dégagement d'hydrogène » Thèse.
Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.
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Résumé
Une réaction efficace de dégagement d’hydrogène sera la principale source d’énergie durable à l’avenir. Pour y parvenir, des catalyseurs non métalliques sont nécessaires pour remplacer les catalyseurs de pointe comme le platine par des électrocatalyseurs abordables, abondants en terre et durables. Pour une réaction efficace de dégagement d'hydrogène, des nanofeuilles de MoSe2 s'est avérée présenter des propriétés catalytiques supérieures en raison des bords exposés. Malheureusement, l’activité catalytique de ces nanofeuilles pour la réaction de dégagement d’hydrogène est limitée en raison de l’agglomération et de l’empilement inévitables des nanofeuilles exfoliées liquides et de leur conductivité intrinsèquement inférieure. Afin d'atténuer ces problèmes, dans ce travail de thèse porte sur le développement et l’optimisation des matériaux comme MoSe2 utilisés dans les couches actives des électrodes des électrolyseurs où ont lieu les réactions électrochimiques. Les principaux défis qui seront abordés dans cette étude sont: (i) La synthèse contrôlée du MoSe2 de haute qualité avec un rendement élevé en utilisant la méthode hydrothermale. (ii) modifier la morphologie des nanoparticules du MoSe2 par la méthode hydrothermale pour obtenir une structure ouverte ayant une grande surface catalytique en permettant la diffusion des électrolytes. Une telle structure permettra de reconstituer en douceur les protons consommés et de réduire la chute ohmique à des vitesses de réaction élevées pour le RDH. En premier, Nous avons démontré une méthode simple et rationnelle pour fournir une amélioration significative des performances électrocatalytiques de la structure MoSe2 poreuse de type rose par une combinaison de méthodes de gravure hydrothermique et chimique. Nous rapportons ici une synthèse hydrothermale facile en un seul pot de composite MoSe2@Cu2Se. La morphologie du matériau obtenu a été caractérisée par microscope électronique à balayage (SEM) et il a été constaté que le matériau composite formait une structure de type rose des sables. La structure cristalline et la pureté de phase du composite MoSe2@Cu2Se ont été étudiées par diffraction des rayons X (XRD) et microscopie électronique à transmission (TEM). Ensuite, une gravure électrochimique sélective du cuivre du composite a été réalisée et la nanosphère poreuse en forme de rose de MoSe2 a été obtenue. La structure robuste en forme de rose 3D MoSe2 présente une activité et une durabilité remarquables pour la réaction électrocatalytique HER dans l'acide en maintenant une petite surtension de début d'environ 150 mV et en gardant une petite surtension de 300 mV pour une densité de courant de 6 mA/cm2 après 1000 cycles, dont le résultat prouve l'excellente performance catalytique HER et la bonne durabilité des microsphères poreuses 3D MoSe2. Nous nous attendons à ce que cette méthodologie facile puisse être étendue pour préparer davantage de structures poreuses 3D comprenant leurs unités monocouches, ce qui ouvrira de nouvelles opportunités dans l'exploration de leurs propriétés et applications non découvertes. Deuxième, Les catalyseurs MoSe2 dopés au P sont préparés avec succès par une méthode hydrothermique simple en une étape avec une activité catalytique HER améliorée. Nous démontrons que les dopants P pourraient être les nouveaux sites actifs dans le plan basal de MoSe2 et améliorer la conductivité électronique intrinsèque, conduisant à une amélioration significative de l'activité de dégagement d'hydrogène. Les microsphères MoSe2 dopées au P présentent une activité et une durabilité remarquables pour la réaction électrocatalytique d'évolution de l'hydrogène dans l'acide en maintenant une petite pente de Tafel de 39 mV/déc, avec une faible surtension d'apparition d'environ 180 mV et une stabilité élevée après 18h de stabilité. Par conséquent, les problèmes d'efficacité catalytique et de stabilité du MoSe2 sont résolus en même temps, ce qui ouvre la voie à un avenir prometteur dans le remplacement des électrocatalyseurs à base de Pt pour le HER. Finalement, nous avons développé une méthode simple et rentable pour préparer des nanostructures MoSe2-MoO2-2 par une méthode hydrothermique simple. Une comparaison entre les nanosphères de MoSe2 pur, de MoO2 pur et de MoSe2-MoO2 et plus MoSe2 dopées au P, montre que la nanosphère poreuse de MoSe2-MoO2 présente une activité catalytique plus élevée pour la réaction électrocatalytique de dégagement d’hydrogène. Les activités catalytiques élevées de MoSe2-MoO2-2 sont attribuées aux effets synergiques des sites actifs abondants à la surface de MoSe2, à l'efficacité de transport de charge rapide entre MoSe2 et MoO2. Par conséquent, les problèmes d'efficacité catalytique et de stabilité du MoSe2 sont résolus en même temps, ce qui ouvre la voie à un avenir prometteur dans le remplacement des électrocatalyseurs à base de Pt pour le HER.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : MoSe2, réaction électrocatalytique de dégagement d'hydrogène (HER)
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Siaj, Mohamed |
| Mots-clés ou Sujets: |
Diséléniure de molybdène / Réaction de dégagement d'hydrogène / Dichalcogénures de métaux de transition |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département de chimie |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
26 sept. 2024 10:56 |
| Dernière modification: |
26 sept. 2024 10:56 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/18054 |
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