[Article] Elaboration de bulles de graphène dopé à l’azote comme matériaux d’électrodes sans platine pour pile à combustible de type PEMFC
Résumé
Les matériaux graphéniques dopés à l'azote suscitent un intérêt croissant dans le domaine de l'électrocatalyse, où leurs applications comme catalyseurs sans métaux nobles ou comme supports de catalyseurs sont explorées dans le monde entier. Les méthodes solvothermales sont un moyen efficace de produire de grandes quantités de ces matériaux. Notre voie d'élaboration repose sur une réaction solvothermale entre divers alcools organiques, comme le cyclohexanol, l'éthanolamine, la 1-(2-hydroxyéthyl)pipéridine, et le sodium métallique, suivie d'un traitement de pyrolyse sous flux d'azote. Rarement étudiés dans la littérature principalement en raison de leurs mécanismes complexes, la compréhension de ces processus ouvre de nombreuses voies pour adapter les propriétés, conduisant à une porosité élevée (> 2200 m2.g-1), une bonne cristallinité, une grande pureté, etc. Le présent article se concentre sur l'influence des paramètres expérimentaux de la réaction solvothermale sur le matériau final : température, pression et teneur en sodium. Les matériaux élaborés sont étudiés à l'aide de techniques de caractérisation multi-échelles et complémentaires, à savoir la spectroscopie Raman, l'analyse thermogravimétrique, la spectroscopie XPS et l'adsorption de N2 à 77 K. Une vue d'ensemble du procédé suit la partie expérimentale, donnant un accès rapide aux paramètres expérimentaux optimisés en fonction des propriétés souhaitées du matériau, par exemple le rendement, la cristallinité ou la porosité. À titre d'illustration, certaines tendances ont été mises en évidence, telles que (i) le taux de conversion plus élevé du solvant en matériau carboné cristallin lorsque la température de réaction est augmentée (300 - 380 °C), (ii) l'accroissement de la surface et de la teneur en azote avec l'augmentation de la pression (100 - 200 bar), et (iii) l'impact bénéfique de la teneur en sodium sur le rendement et la cristallinité du matériau (rapport Na/solvant 1 : 2).
Auteurs :
Lilian Moumaneix, Sébastien Fontana, François Lapicque et Claire Hérold
Références :
Materials Today Chemistry 27 (2023) 101343
DOI :
https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.101343