Etablissement Université de Béjaia - Abderrahmane Mira Affiliation Département de Génie des Procédés Auteur NABILA, Cherchour Directeur

Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement Université de Béjaia - Abderrahmane Mira Affiliation Département de Génie des Procédés Auteur NABILA, Cherchour Directeur de thèse Bouzid, Messaoudi (Professeur) Filière Electrochimie corrosion Diplôme Doctorat Titre Synthèse électrochimique et caractérisation du dioxyde de manganèse nanostructuré : applications au stockage d’énergie et comme capteur pH. Mots clés Application : Dioxyde : Caractérisation : Electrochimique : Synthèse Résumé Deux methodes de synthese electrochimique de MnO2 ont ete approfondies et exploitees en vue de son application comme materiau de cathode dans les piles alcalines et comme capteur pH. En premier lieu, la synthese de poudres de MnO2 a ete realisee par chronopotentiometrie a 80 ¢XC sur une electrode de titane dans une solution aqueuse contenant MnSO4 et H2SO4. Les poudres obtenues sont nanostructurees de variete £`-MnO2. Le comportement electrochimique de ces poudres de MnO2 dans KOH (1 M) a ete etudie par SIE et par voltamperometrie cyclique en utilisant une MEC. Les resultats ont montre i) que la reduction de MnO2 dans ce milieu se deroule en parallele avec la reduction de l¡¦oxygene dissous et ii) que sa reactivite est influencee par le processus de vieillissement produit par voltamperometrie cyclique ou fonction du temps d¡¦immersion. Dans une seconde partie, un procede d’electrosynthese par chronoamperometrie a ete utilise pour developper une methode d’elaboration hautement reproductible et rapide de films minces de MnO2 adherents sur une electrode de carbone vitreux. Les films obtenus ont un caractere nanostructure resultant de la birnessite (ƒÔ-MnO2). Utilisees en circuit ouvert, ces electrodes modifiees presentent une reponse potentiometrique dependante du pH de facon evidente mais complexe. Le capteur pH a montre un comportement non-Nernstien a une seule pente sur toute la gamme de pH 1,5-12 parcourue dans le sens croissant du pH. En revanche, un comportement Nernstien a deux pentes a ete observe pour une gamme de pH parcourue dans le sens decroissant. Des experiences de SIE effectuees a pH 1,8 semblent reveler un mecanisme de sensibilite base sur l’insertion de protons. Ce mecanisme n¡¦est pas altere par la presence des interferents etudies (K+, Ca2+, Cl- et Li+) a l¡¦exception de Fe2+. Mots cles : MnO2, electrosynthese, piles alcalines, capteur pH, insertion, interferents. Abstract Two methods for the electrochemical synthesis of MnO2 have been developed in view of its application as a cathode material in alkaline batteries and as a pH sensing. In a first part, the synthesis of MnO2 powders was carried out by chronopotentiometry at 80 ¢XC on a titanium electrode in an aqueous solution containing MnSO4 and H2SO4. The powders obtained are nanostructured variety £`-MnO2. The electrochemical behavior of such MnO2 powders in KOH (1 M) was investigated by EIS and cyclic voltamperometry using the CME. The results showed that i) the reduction of MnO2 in this medium occurs in parallel with the reduction of dissolved oxygen and ii) that its reactivity is influenced by the aging of these powders produced by cyclic voltamperometry or function of immersion time. In a second part, an electrodeposition method based on chronoamperometry was used to develop a highly reproducible and fast elaboration method of adherent MnO2 thin films on a glassy carbon electrode. The resulting films were found to have a nanostructured character presumably due rather to birnessite (ƒÔ-MnO2). Used in open circuit conditions, this modified electrodes present an obvious although complex pH dependent potentiometric response. This sensor indeed showed a single slope non-Nernstian behaviour over the 1.5-12 pH range for increasing pH direction whereas a two slope Nernstian behaviour was observed for decreasing pH direction. EIS experiments carried out at a pH 1.8 seem to reveal a sensitivity mechanism based on a proton insertion process. This mechanism is not altered by the presence of the studied interferents (K+, Ca2+, Cl- and Li+) with the exception of Fe2+. Keywords : MnO2, electrodeposition, alkaline batteries, pH sensor, interferents Date de soutenance 19/09/2012 Cote 660D/42 Pagination 158 f. Illusatration fig.graph. Format 30 cm Notes bibliogr.f. 158 annexes Statut Soutenue