Étude de l'oxydation de l'éthanol en milieu alcalin sur des catalyseurs de RuNi PDF Download

Author: Josée-Anne Côté
Publisher:
ISBN: 9780494494813
Category :
Languages : fr
Pages : 192

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Book Description
Alors que la consommation d'énergie augmente et que les sources d'énergies actuelles s'épuisent, de nouvelles sources d'énergie, moins polluantes, doivent être développées. Les piles à combustibles font parti des sources d'énergies prometteuses. Parmi celles-ci, les DAFCs (Direct Alcohol Fuel Cells) sont à l'étude et l'éthanol est un combustible intéressant pour son côté écologique. L'oxydation de l'éthanol, lorsqu'elle est complète mène à la formation de dioxyde de carbone et donne 12 électrons. L'acétaldéhyde est reconnu comme étant un intermédiaire de la réaction. Une réaction secondaire peut aussi survenir, menant à la formation d'acide acétique. Actuellement, les catalyseurs les plus utilisés pour réaliser l'oxydation de l'éthanol sont ceux à base de platine. Les catalyseurs de Pt-Sn et de Pt-Ru sont ceux qui sont encore les plus utilisés et les plus étudiés. Ce sont ceux qui présentent la plus grande activité. Cependant, à cause de sa rareté et de son prix élevé, le platine présente des désavantages et les chercheurs tentent de le remplacer. En milieu alcalin, deux matériaux sans platine sont prometteurs pour l'oxydation de l'éthanol et seront étudiés dans ce mémoire. Le premier matériau est composé de fer, de nickel et de cobalt. Ce matériau a été développé et breveté par Bert et Bianchini. Il est vendu sous le nom de HYPERMEC par la compagnie italienne Acta. Comme la reproduction du brevet est difficile et que le matériau obtenu ne contient pas assez de métal pour permettre l'oxydation de l'éthanol en milieu alcalin, d'autres méthodes de synthèses ont été utilisées afin de produire le catalyseur de FeNiCo. Une méthode basée sur la réduction des chlorures métalliques et une synthèse par plasma ont été utilisés afin d'obtenir des matériaux de FeNiCo pouvant être actifs pour l'oxydation de l'éthanol. Aussi, des alliages de FeNiCo disponibles commercialement ont servi pour tenter d'oxyder l'éthanol en milieu alcalin. Malgré tout, ces matériaux aussi se montrent inactifs pour la réaction à l'étude. Comme le FeNiCo ne remplissait pas les espérances que nous avions d'étudier l'oxydation de l'éthanol en milieu alcalin sur un catalyseur ne contenant pas de platine, un autre catalyseur prometteur a été retenu. Le nickel étant reconnu pour permettre l'oxydation de l'éthanol, le deuxième catalyseur étudié en était composé. Ce catalyseur contient aussi du ruthénium. Contrairement au FeNiCo, plus d'un groupe de chercheurs avaient observés l'oxydation de l'éthanol sur le RuNi. En plus des mesures électrochimiques visant à déterminer l'activité des différents catalyseurs de RuNi synthétisés, le EC-MS a été un outil permettant d'observer en temps réel les produits formés lors de l'oxydation de l'éthanol en milieu basique sur ces catalyseurs. Le EC-MS est un appareil qui combine la cellule électrochimique, permettant les mesures électrochimiques, et un spectromètre de masse, utilisé pour la détection des produits en solution. L'appareil utilisé dans ce mémoire a été développé dans notre laboratoire par Patrick Dubé au cours de son doctorat. Alors que, par la voltampérométrie cyclique, il a été possible de montrer un effet synergique du ruthénium et du nickel lors de l'oxydation de l'éthanol, la spectrométrie de masse a permis d'obtenir de l'information supplémentaire. En effet, les produits détectés par le MS sont l'acétaldéhyde et l'acide acétique. Le dioxyde de carbone a aussi été détecté, mais en très faible quantité, montrant la difficulté de briser le lien carbone-carbone présent dans l'éthanol. En comparant des matériaux présentant différents ratios de ruthénium et de nickel, il a pu être observé que l'activité du catalyseur dépend de sa composition. La présence de RuO[indice]3, de RuO[indice]4 et de Ni[indice]2 O[indice]3 diminue la quantité de produits formés lors de l'oxydation de l'éthanol par rapport à la masse de métal présent dans le catalyseur. Bien que l'activité des différents catalyseurs de RuNi ne soit pas la même, le mécanisme par lequel l'oxydation de l'éthanol en milieu alcalin se produit reste le même. Il a aussi été montré que la présence du NiOOH à la surface du catalyseur favorise la voie mécanistique menant à la formation de l'acide acétique par rapport à celle permettant l'oxydation complète de l'éthanol formant du CO[indice]2 . Il reste donc évident que, bien que l'effet synergique du ruthénium et du nickel diminue l'énergie nécessaire au bris du lien carbone-carbone ainsi qu'à l'oxydation de l'éthanol et des intermédiaires de réaction, il est encore plus facile d'oxyder l'éthanol jusqu'à la formation d'acide acétique que de briser le lien carbone-carbone qui aurait pu mener à la production de dioxyde de carbone.