Doctorat/PhD (H/F) : Développement d’architecture cathodique hybride pour la conversion électrochimique en cascade du CO2

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet PorousGDL, une tâche du PEPR POWERCO2, coordonnée par le CEA IRIG de Grenoble

Au cours de la dernière décennie, des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement d’électrocatalyseurs CO2RR. D’une part, les catalyseurs moléculaires (homogènes ou supportés) ont atteint une très haute sélectivité à faible surtension, mais ont été principalement limités à la génération de 2 électrons de CO à partir de CO2 et avec des densités de courant limitées. D’autre part, il a été démontré que les électrocatalyseurs hétérogènes à base de cuivre génèrent des produits C2+ plus précieux avec une sélectivité modérée à des densités de courant élevées mais à un surpotentiel beaucoup plus élevé. Il a en outre été démontré que le cuivre pouvait réduire de manière sélective et efficace le CO en produits C2+ à un surpotentiel inférieur à celui du CO2. Le projet vise à construire un système électrocatalytique synergique impliquant (i) une première couche contenant un électrocatalyseur moléculaire hautement efficace et sélectif pour la génération de CO à partir de CO2, et (ii) une deuxième couche poreuse supportant des nanoparticules électrocatalytiques à base de Cu pour la conversion de déborder les molécules de CO de la première couche dans les produits C2+. De plus, l’utilisation de couches poreuses métallo-organiques conductrices fonctionnalisées avec des sites amines d’ancrage du CO2 sera explorée pour augmenter encore la concentration locale de CO2 à la surface de l’électrode. Cette nouvelle architecture devrait permettre d’obtenir un CO2RR sélectif envers les produits C2+ à des densités de courant élevées et de surtension sans précédent.

Le doctorat impliquera la préparation de la couche contenant du Cu, l’étude de plusieurs architectures d’électrodes hybrides et l’analyse comparative des performances CORR et CO2RR des systèmes électrocatalytiques à l’intérieur d’une cellule électrochimique à diffusion gazeuse.