BEGIN:VCALENDAR VERSION:2.0 PRODID:-//wp-events-plugin.com//7.4.0.1//EN TZID:Europe/Paris X-WR-TIMEZONE:Europe/Paris BEGIN:VEVENT UID:229@iem.umontpellier.fr DTSTART;TZID=Europe/Paris:20261118T090000 DTEND;TZID=Europe/Paris:20261118T120000 DTSTAMP:20261104T143107Z URL:https://iem.umontpellier.fr/events/soutenance-de-these-arnaud-demore/ SUMMARY:Soutenance de thèse Arnaud DEMORE - DESCRIPTION: \;\nArnaud DEMORE\nSoutiendra sa thèse le Mercredi 18 Nov embre à 9 h\nAmphithéâtre MOUSSERON (ENSCM)\n "Atomic Layer deposition applied to bipolar membrane fabrication: from water dissociation catalyst development to the integration in the membrane"\n \;\n\nDevant le jur y composé de :\n\n- Philippe MIELE\, Professeur à l'ENSCM\, Université de Montpellier - Directeur de thèse\n\n- Mikhael BECHELANY\, Directeur de Recherche CNRS\, Université de Montpellier - Co-directeur de thèse\n\n- Damien VOIRY\, Directeur de Recherche CNRS\, Université de Montpellier - Co-encadrant\n\n- Beniamino SCIACCA\, Chargé de Recherche CNRS\, Univers ité d'Aix-Marseille - Rapporteur\n\n- David MUNOZ-ROJAS\, Directeur de Re cherche CNRS\, Université de Grenoble Alpes - Rapporteur\n\n- Annie COLIN \, Professeure à l'ESPCI\, Université de Paris Saclay - Examinatrice\n\n - Valentin FOUGERIT\, Directeur technique chez Yama Carbon - Examinateur\n \n \;\n\nRésumé : \n\nLes membranes bipolaires (BPMs) composées de couches échangeuses de cations (CEL) et d’anions (AEL) permettent de d écoupler les environnements de pH des électrodes et de contourner les li mites associées aux membranes échangeuses d’ions monopolaires (CEL/AEL )\, tout en ouvrant la voie à de nouveaux procédés. En polarisation inv erse\, les BPMs favorisent une réaction de dissociation de l’eau (WD) e n ions H+ et OH- au niveau de la jonction AEL/CEL. Un fonctionnement effic ace nécessite des catalyseurs adaptés pour réduire la surtension de WD et les pertes de tension. Cependant\, la fabrication des BPMs est souvent adaptée à des applications et des architectures spécifiques ce qui limi te la transférabilité et la mise à l’échelle\, tandis que les matér iaux fluorés soulèvent des préoccupations environnementales.\n\nCe trav ail de thèse porte sur la fabrication de membranes bipolaires efficaces\, autoportantes et sans fluor\, en utilisant le dépôt par couche atomique (ALD) comme méthode innovante pour incorporer des catalyseurs à la jonc tion AEL/CEL. Les membranes ont été préparées à partir de S-PEEK et d e Q-PPO disponibles dans le commerce\, avec du SnO₂ déposé par ALD ét udié comme catalyseur de WD.\n\nUne première stratégie a consisté à u tiliser des nanofibres électrofilées recouverte par ALD de SnO2 et press ées à chaud. Les analyses ont montré que du SnO₂ amorphe était répa rti de manière homogène à la surface des fibres de Q-PPO et n’ont ré vélé aucune réactivité entre le précurseur ALD et le polymère. Les t ests de polarisation en cellule-H ont montré que l’incorporation du cat alyseur par ALD réduisait le potentiel transmembranaire pour atteindre le s mêmes performances que des membranes bipolaires commerciales au nombre de cycles ALD optimal\, tandis qu’une croissance excessive de SnO₂ ent ravait la densification de la membrane.\n\nUne deuxième stratégie a cons isté à utiliser des couches échangeuses d’ions fabriquées par coulag e en solution. Des analyses XPS et FTIR ont confirmé l’absence de réac tivité du précurseur ALD avec le polymère. Un mécanisme de type infilt ration en phase vapeur (VPI) a été identifié pour la croissance du SnO ₂\, et après optimisation\, des membranes bipolaires denses et symétri ques ont été obtenues. À faible nombre de cycle ALD\, une efficacité d e WD limitée a entraîné un potentiel transmembranaire élevé lors des tests en cellules-H\, tandis qu’un dépôt excessif de SnO2 a formé une couche de SnO₂ dense limitant le transport des ions et de l’eau ainsi que l’adhérence AEL/CEL. Dans les conditions optimales\, la fracture d e la couche de SnO₂ lors du pressage à chaud a permis d’équilibrer e ntre l’activité catalytique\, le transport ionique et de l’eau ainsi que l’adhérence interfaciale. Ces BPMs ont atteint des potentiels trans membranaires nettement inférieurs à ceux de la référence commerciale s oulignant l’importance du procédé de fabrication. Le comportement éle ctrochimique a été évalué par électrolyse de l’eau\, les BPM optimi sées ont surpassé la membrane commerciale en atteignant de faibles tensi ons de cellule (avec des électrolytes supports) et surpotentiels de WD\, confirmant ainsi l’efficacité de la couche catalytique déposée par AL D.\n\nEnfin\, d’autres procédés de fabrication comme les super-cycles ALD Ti/Sn\, les jonctions 3D électrofilées et les couches échangeuses d ’ions déposées par pulvérisation ont été explorés. Les BPMs utilis ant les revêtements par pulvérisation ont atteint des potentiels transme mbranaires très bas attribués à des interfaces améliorées avec des ch arges en SnO₂ extrêmement faibles par rapport à d’autres travaux de référence. De même\, de faibles tensions de cellule (avec des électrol ytes supports) et des surpotentiels de WD comparables à ceux des membrane s les plus performantes rapportées à ce jour ont été obtenues à des d ensités de courant élevées.\n\n \;\n\nAbstract:\n\nBipolar membrane s (BPMs) composed of cation- (CEL) and anion-exchange layers (AEL) can dec ouple electrode pH environments and circumvent limitations related to mono polar ion-exchange membranes but also enable new process configurations. U nder reverse bias\, BPMs promote a water dissociation (WD) reaction into H + et OH- ions at the AEL/CEL junction. Efficient operation requires cataly sts to reduce WD over-potential and voltage losses. However\, BPM fabricat ion is often tailored to specific applications and architectures\, limitin g transferability and scale-up\, while fluorinated materials raise environ mental concerns.\n\nThis PhD work focuses on the fabrication of efficient\ , freestanding\, hydrocarbon-based BPMs\, using Atomic layer deposition (A LD) as a novel method to incorporate catalysts at the junction. Membranes were prepared from commercially available S-PEEK and Q-PPO with ALD-grown SnO2 investigated as WD catalyst.\n\nA first strategy used hot-pressed ALD -coated electrospun nanofibers. SEM/TEM\, EDX and XRD analysis showed amor phous SnO2 homogeneously distributed on the Q-PPO fiber surfaces while XPS and FTIR analysis revealed no detectable reaction between ALD precursor a nd polymer functional groups. H-cell polarization tests showed that ALD ca talyst incorporation decreased the transmembrane potential to match commer cial BPM performance at the optimal cycle number\, whereas excessive SnO2 growth hindered membrane densification.\n\nA second strategy used ion-exch ange layers fabricated by solution casting. ALD performed on casted Q-PPO layers confirmed the absence of reactivity with the polymer by XPS and FTI R analysis. A vapor-phase infiltration type-growth was identified for the SnO2 deposition\, and after optimization\, dense and symmetric bipolar mem branes were obtained. At low ALD cycle number\, limited WD efficiency resu lted in high transmembrane potential in H-cell tests whereas excessive dep osition produced a dense SnO2 layer that hindered ion/water-transport and CEL/AEL adhesion. At the optimum\, the SnO2 layer fractured during hot-pre ssing provided a balance between catalytic activity\, transport and interf acial adhesion. These BPMs reached significantly lower transmembrane poten tials than the commercial reference highlighting the significance of the B PM fabrication route.\n\nElectrochemical behavior was evaluated in CO2 ele ctrolysis\, homemade BPMs showed low cell voltages but limited CO selectiv ity mainly attributed to their lower thickness and to a more acidic cathod ic environment\, which reduced ohmic losses but promoted hydrogen evolutio n reaction. Then\, in water electrolysis tests\, optimal BPMs outperformed the commercial membrane achieving low cell voltages (with supporting elec trolytes) and WD overpotentials\, further confirming the efficiency of the ALD catalytic layer.\n\nFinally\, alternative fabrication routes\, includ ing Ti/Sn ALD super-cycles\, 3D electrospun junctions and spray-coated ion -exchange layers were explored. Spray coating gave the most promising resu lts with very low transmembrane potentials attributed to improved interfac es. These performances were obtained with extremely low SnO2 loadings comp ared with other benchmark catalysts. The resulting BPMs also achieved low cell voltages (with supporting electrolytes) and WD overpotentials compara ble to the best-performing membranes reported to date at high current dens ities.\n\n \;\n\n \;\n\n \;\n\n \;\n\n \;\n\n \; ATTACH;FMTTYPE=image/jpeg:https://iem.umontpellier.fr/wp-content/uploads/2 026/11/Photo-Arnaud.jpeg CATEGORIES:Soutenance END:VEVENT BEGIN:VTIMEZONE TZID:Europe/Paris X-LIC-LOCATION:Europe/Paris BEGIN:STANDARD DTSTART:20261025T020000 TZOFFSETFROM:+0200 TZOFFSETTO:+0100 TZNAME:CET END:STANDARD END:VTIMEZONE END:VCALENDAR