Study of layered double hydroxides for the electrocatalytic reduction of CO2

Etude d'hydroxydes doubles lamellaires pour la réduction électro-catalytique du CO2 Alors que l'industrialisation augmente les émissions de CO2 dans l'atmosphère, il est important de développer de nouvelles stratégies pour limiter et valoriser le CO2 en matières premières à valeurs ajoutées. Les hydroxydes doubles lamellaires (HDL) sont considérés comme de bons candidats pour la réduction électro-catalytiques du CO2 (CO2ERR). La flexibilité de la composition des HDL permet d'utiliser ces matériaux dans divers procédés électrochimiques grâce d'une part à l'intercalation d'anions électroactifs dans l'espace inter-lamellaires et d'autre part à la présence de cations métalliques électro-actifs dans les feuillets HDL. Au cours de cette étude, deux approches ont été suivies, d'une part l'intercalation d'un catalyseur moléculaire, la tetraphénylsulfonate porphyrine de fer (FeTSPP) dans des HDL ZnCr et MgAl et d'autre part la synthèse d'HDL au cuivre ayant des compositions variées au niveau des feuillets (CuAl, CuMgAl, CuZnAl) et des anions intercalés (carbonate, acetate et dodecylsulfate). La synthèse de ces matériaux lamellaires a été réalisée soit par coprécipitation ou par la méthode polyol et leur caractérisation a été réalisée par plusieurs méthodes (DRX, IRTF, ATG, ICP/CHNSO, MEB, MET). Le comportement électrochimique de films d'HDL déposés à la surface d'électrodes en carbone vitreux ou en papier carbone a été étudié par voltammétrie cyclique et voltammétrie linéaire dans des électrolytes saturés en Ar et CO2. Des électrolyses sous CO2 ont été réalisées dans des conditions optimisées et les produits de réduction identifiés. Alors que la porphyrine FeTSPP libre présente 18% de conversion du CO2 en CO, une fois intercalée dans la matrice ZnCr-, il n'y a pas de formation de CO, seulement d'H2 (75%). Pour les matrices HDL au cuivre, en fonction de la composition des feuilles des HDL au cuivre et de la nature des anions interlamellaires, une bonne conversion du CO2 en formiate a été obtenue (> 50 %).