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Conclusions générales et perspectives
Dans le cadre de ce travail, nous avons évalué les potentialités électrocatalytiques d'électrodes massives de cuivre, d'alliages à base de cuivre et de particules de cuivre pour les réactions de réduction du dioxyde de carbone et de l’ion nitrate.
L'activité d'une électrode massive de Cu est considérablement influencée par la morphologie de sa surface. L'effet de l'arrangement des atomes de Cu est différent selon les réactions qui sont impliquées à l'électrode.
Sur les électrodes massives de Cu, les processus tels que la réduction du CO2, qui fait intervenir des réactions entre des molécules de CO et d’atomes de H formées à l’électrode, sont favorisés sur les surfaces lisses et denses à l'échelle atomique.
Nous avons pu orienter la sélectivité de la réaction de réduction de CO2
vers la formation de CO par l'utilisation d'alliages AuxCuy. L'électrode de composition Au50Cu50 donne les meilleurs résultats pour la conversion de CO2
en CO. L'efficacité faradique des différentes électrodes pour la conversion du CO2 en espèces gazeuses reste cependant relativement faible à cause de la réaction de réduction de H+, qui est en compétition avec la réduction du CO2.
Afin d’améliorer l’efficacité de la conversion du CO2 en hydrocarbures, il serait intéressant d'examiner l'activité d'alliages massifs du type CuxPdy, CuxPty
ou CuxRhy.
Des travaux concernant la réduction du CO2 sur des électrodes de Pd modifiées par Cu [1] ont en effet montré que la production de CH4 est favorisée sur ces électrodes car la surface comporte de nombreux atomes de H adsorbés. Le Pd, le Pt et le Rh sont tous trois capables d’adsorber les atomes de H qui sont nécessaires à la réduction du CO2 en CH4.
168 De plus, ils présentent une surtension importante pour la réduction du CO2 qui forcerait la réaction à se dérouler préférentiellement sur les sites de Cu.
Par ailleurs, afin de vérifier l’influence de l’arrangement atomique de la surface, qui devrait a priori être très lisses et d'une grande densité atomique, il serait utile d’étudier différentes électrodes monocristallines.
Dans le cas de la réduction de NO3-, nous avons mis en évidence un faible effet de l'arrangement atomique d'une électrode massive de Cu sur les surtensions de réaction. L’étape de réduction de NO3-
en NO2-
est favorisée sur des surfaces plus rugueuses, tandis que les processus de la réduction de NO2-
en NH4+
sont favorisés sur les surfaces plus lisses.
Nous avons mis en évidence le rôle essentiel des conditions de pH lors de la réduction de NO3-
sur Cu : la réaction est facilitée en présence d'une concentration élevée de H+.
Nous avons montré que l'activité de particules de Cu dispersées dans un film de polyaniline dépend fortement des conditions de dépôt du métal. Celles-ci conditionnent en effet la localisation du Cu déposé. Le Cu incorporé au film de PANI préalablement réduit est en contact avec le substrat et s’avère plus actif pour la réduction de NO3-
que le Cu déposé principalement sur la surface du film de PANI dans son état oxydé.
Nous avons également montré que les propriétés du polymère synthétisés sont importantes. Un film de polyaniline déposé sur un substrat de Au se révèle plus approprié qu'un film de poly-3,4-éthylènedioxythiophène formé sur une électrode de Pt, à cause de la réaction interférente de réduction des H+.
169 Le point faible des électrodes composées de particules de Cu incorporées dans un film de polymère est la limitation de la quantité de H+ disponibles qui rend la réaction de réduction de NO3-
plus difficile.
La préparation d'électrodes à base de particules de Cu dispersées dans un film et actives pour la réduction de NO3-
devrait être optimisée afin de créer un environnement suffisamment riche en H+ sans que la réaction d'évolution de H2 soit trop importante. Dans cette optique, un polymère tel que le PEDOT, dont la porosité permet le passage des espèces, déposé sur un substrat qui possède une grande surtension pour la réduction de H+ constituerait un support plus approprié pour l'incorporation de métaux en vue d'utiliser ces électrodes pour la réduction de NO3-
.
Des travaux visant à mettre au point les conditions de formation d’un film de PEDOT sur une électrode de Au et de dépôt de Cu dans le film devraient être prochainement réalisées au sein de notre laboratoire.
Par ailleurs, suite aux résultats exploratoires obtenus au cours d'une collaboration, le groupe de V. Tsakova a poursuivi l'étude du comportement d'électrodes Cu/PEDOT/Pt et bimétalliques Cu+Pd/PEDOT/Pt en présence de NO3-
en milieu neutre et a obtenu des résultats prometteurs [2].
170 RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
1. K. Ohkawa, Y. Noguchi, S. Nakayama, K. Hashimoto, A. Fujishima, J. Electroanal. Chem. 367 (1994) 165.
2. M. Ilieva, V. Tsakova, W. Erfurth, Electrochim. Acta 52 (2006) 816.
