Nanoscale assembly of BiVO4/CdS/CoOx core-shell heterojunction for enhanced photoelectrochemical water splitting

Porous BiVO4 electrodes were conformally decorated with CdS via a chemical bath deposition process. The highest photocurrent at 1.1 V vs. RHE was achieved for a BiVO4/CdS composite (4.54 mA cm(-2)), compared with CdS (1.19 mA cm(-2)) and bare BiVO4 (2.1 mA cm(-2)), under AM 1.5G illumination. This improvement in the photoefficiency can be ascribed to both the enhanced optical absorption properties and the charge separation due to the heterojunction formation between BiVO4 and CdS. Furthermore, the BiVO4/CdS photoanode was protected with a CoOx layer to substantially increase the photostability of the material. The new BiVO4/CdS/CoOx nanostructure exhibited a highly stable photocurrent density of similar to 5 mA cm(-2). The capability to produce O-2 was locally investigated by scanning photoelectrochemical microscope, which showed a good agreement between photocurrent and O-2 reduction current maps. This work develops an efficient route to improve the photo-electrochemical performance of BiVO4 and its long-term stability.Web of Science116art. no. 68

Méthode pour l’analyse de l’activité de la réduction de l’oxygène de catalyseurs sans métaux nobles par microscopie électrochimique.

The decrease of fuel cells cost is necessary to provide a worldwide access to the technology. Synthesis of noble metal-free catalysts is a promising way to achieve this goal. The electrochemical analysis of these materials is however not easy either to compare the electrocatalytic properties or to understand the performances of these catalysts. The scientific community generally studies catalysts at a macroscale, where the recorded response is averaged on a very large number of catalytic objects. The works presented here shows the setup of a method to analyze the electrocatalytic activity of noble metal-free catalyst for the oxygen reduction reaction in acidic media by scanning electrochemical microscopy. This method brings several advantages such as the possibility to study and compare multiple catalysts on the same sample at a macro- or a microscale. The comparison of several catalysts with this setup is then. A catalyst has been studied under various conditions of: loading, surface area, weight of catalyst and quantity of additives such as Nafion. The investigation of the material stability is also illustrated. These results suggest large range of application of the technique and many possibilities in the future are now open to investigated noble metal-free electrocatalytic materials.La synthèse de catalyseurs sans métaux nobles est une voie prometteuse pour rendre accessible à l’échelle mondiale les piles à combustible. L’analyse électrochimique de ces matériaux n’est pas aisée que ce soit pour comparer les propriétés électro catalytiques ou pour comprendre le fonctionnement de ces catalyseurs. Ceci provient du fait que la communauté scientifique évalue les performances catalytiques à l’échelle du matériau, donc sur un très grand nombre d’objets dont la réponse est moyennée. Les travaux présentés dans ce mémoire ont mis en place une méthode d’analyse de l’activité électrocatalytique de matériaux sans métaux nobles pour la réduction de l’oxygène en milieu acide par microscopie électrochimique à balayage. Cette approche permet d’étudier aussi bien macroscopiquement que microscopiquement les catalyseurs et d’étudier simultanément plusieurs catalyseurs, ce qui rend plus fiable la comparaison des résultats. Le dispositif présenté dans ce travail a permis de comparer différents catalyseurs avec des compositions proches ainsi que d’étudier l’influence de différentes paramètres sur un catalyseur : le chargement, la surface, la masse déposée et la quantité de Nafion ajoutée. Il a aussi été montré qu’il était possible d’étudier la stabilité des catalyseurs via ce dispositif. Ces différents résultats suggèrent que la méthode mise en place est polyvalente et permettra de nombreuses autres études

Determining the role of Pd catalyst morphology and deposition criteria over large area plasmonic metasurfaces during light-enhanced electrochemical oxidation of formic acid

The use of metal composites based on plasmonic nanostructures partnered with catalytic counterparts has recently emerged as a promising approach in the field of plasmon-enhanced electrocatalysis. Here, we report on the role of the surface morphology, size, and anchored site of Pd catalysts coupled to plasmonic metasurfaces formed by periodic arrays of multimetallic Ni/Au nanopillars for formic acid electro-oxidation reaction (FAOR). We compare the activity of two kinds of metasurfaces differing in the positioning of the catalytic Pd nanoparticles. In the first case, the Pd nanoparticles have a polyhedron crystal morphology with exposed (200) facets and were deposited over the Ni/Au metasurfaces in a site-selective fashion by limiting their growth at the electromagnetic hot spots (Ni/Au-Pd@W). In contrast, the second case consists of spherical Pd nanoparticles grown in solution, which are homogeneously deposited onto the Ni/Au metasurface (Ni/Au-Pd@M). Ni/Au-Pd@W catalytic metasurfaces demonstrated higher light-enhanced FAOR activity (61%) in comparison to the Ni/Au-Pd@M sample (42%) for the direct dehydrogenation pathway. Moreover, the site-selective Pd deposition promotes the growth of nanoparticles favoring a more selective catalytic behavior and a lower degree of CO poisoning on Pd surface. The use of cyclic voltammetry, energy-resolved incident photon to current conversion efficiency, open circuit potential, and electrochemical impedance spectroscopy highlights the role of plasmonic near fields and hot holes in driving the catalytic enhancement under light conditions.Web of Science15711art. no. 11470

Mapping the electrocatalytic activity of N-doped Carbon Nanotubes by Scanning ElectroChemical Microscopy for oxygen reduction

International audienceIn this project, we use Scanning ElectroChemical Microscopy (SECM) [1] to investigate the electrocatalytic activity of individual carbon nanotubes toward the oxygen reduction reaction (ORR) in acidic media as for Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Our approach consists in displacing a nano-electrode in the vicinity of the nano-objects in order to acquire an image of their electrocatalytic activity. To reach this goal, we first set up the fabrication of nano-electrodes. In order to detect the concentration in O2, we choose to work with gold probes, and to achieve a high spatial resolution we decreased the size of the probe up to about 100 nm. The probes are then characterized by imaging a model substrate with motifs of different sizes (see figure), and further used to image sample where functionalized NTC are dispersed. [2] Fig. 1: a) Optical microscopy image b) SEM image c) SECM image (done with 10 µm diameter gold electrode in FcMeOH 1mM and KCl 0.1M) of the model substrate used to characterize the probes. This methodology will permit to understand the origin of the achieved performances without any distortion due to the averaging of the response when working at the material level. We thus hope to understand the ORR mechanism with N-NTC and improve the state of the art methodologies for the synthesis of noble metal free electrocatalyst. This will contribute to make PEMFC more competitive

Localized electrochemistry for the investigation and the modification of 2D materials

International audienceIn this review, we present the state-of-the-art interplay between two emerging fields, namely localized electrochemistry and 2D materials. Electrochemistry involves oxidations and reductions taking place at an electrode immersed in a solution. When the substrate is composed of 2D materials or layered materials, electrochemistry can be used to investigate or modify these layers. It is thus an essential link between 2D materials and their applications, in particular those related to sustainable energy conversion and storage. In addition, the properties of 2D materials often differ along their edges, at defect sites or upon folding and stacking. Most interesting properties (such as catalytic activity, conductivity, and chemical reactivity) drastically depend on such inhomogeneity or imperfections, which can be purposely induced (by functionalization or nanostructuration) or not (intrinsic defects resulting from the material synthesis or consequences of the material handling and deposition processes). These key aspects are suitably investigated using local electrochemical strategies, which allow both the analysis and the local modification of 2D materials. This article reviews the most significant results of this rapidly growing field

SECM and AFM Characterizations for the Study of ORR Catalysts Electrocatalytic Activity at Agglomerate scale

International audienc

Caractérisations par SECM et AFM pour l'étude de catalyseurs de l'ORR à l'échelle des agglomérats

International audienceLa microscopie électrochimique (SECM) fait partie d'une nouvelle génération d'outils de caractérisation qui permettent notamment de scruter les propriétés électrochimiques locales des matériaux [1]. Appliquée à l'étude de catalyseurs pour l'ORR, elle permet d'étudier ceux-ci à l'échelle des agglomérats et peut fournir des informations sur leur activité intrinsèque. Cette technique s'affranchit des principales limitations des caractérisations par RDE (électrode à disque tournant) ou en pile complète en ne nécessitant qu'une très faible quantité de matériau et très peu d'additifs comme le Nafion. Les récents développements réalisés au CEA de Saclay ont facilité l'utilisation de la SECM en milieu acide [2] et permettent désormais l'étude de catalyseurs pour piles à combustible à membrane d'échange (PEMFC). Dans le cadre du projet européen PEGASUS, différents catalyseurs sans métaux noble pour les PEMFC ont été développés puis étudiés par SECM et AFM (microscope à force atomique). Pour la première fois, la combinaison de ces deux techniques a permis de relier les performances catalytiques des matériaux à leur état d'agglomération [3]. L'imagerie AFM permet d'établir la distribution en tailles de l'ensemble de particules étudiées, et la SECM donne leur activité catalytique. Ainsi le lien entre état d'agglomération et activité catalytique peut être exploré, et cette méthode ouvre la voie à de nombreuses applications pour l'étude de catalyseurs, de la recherche de l'activité intrinsèque à l'optimisation de formulation d'encres

Bande métallique, plaque bipolaire et procédé de fabrication associé

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une bande ou d'une feuille de métal, qui comprend: la fourniture d'un substrat (3) en acier inoxydable; et déposer une couche de nitrure de chrome sur le substrat (3) par dépôt physique en phase vapeur (PVD) dans une installation de dépôt (14) comprenant une chambre de dépôt (20) et une cible de chrome (22) disposée dans la chambre de dépôt (20). La chambre de dépôt (20) comprend une zone de dépôt (30) qui a une longueur strictement inférieure à la longueur de la chambre de dépôt (20) et au moins une première zone interdite (32). Lors du dépôt, le nitrure de chrome est déposé sur le substrat (3) uniquement dans la zone de dépôt (30) et aucun nitrure de chrome n'est déposé sur le substrat (3) dans la zone interdite (32)