{"id":5626,"date":"2019-04-29T23:53:02","date_gmt":"2019-04-29T21:53:02","guid":{"rendered":"http:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/?page_id=5626"},"modified":"2022-02-25T09:49:19","modified_gmt":"2022-02-25T08:49:19","slug":"nanoelectrolyse-de-leau","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/nanoelectrolyse-de-leau\/","title":{"rendered":"Projet: De la nano\u00e9lectrolyse de l\u2019eau \u00e0 la nucl\u00e9ation contr\u00f4l\u00e9e de bulles et de cristaux"},"content":{"rendered":"
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Contact: P. Dumas<\/a><\/p>\n

Des champs \u00e0 l\u2019\u00e9chelle du nanom\u00e8tre aux ph\u00e9nom\u00e8nes localis\u00e9s en solution. Projet dans lequel nous mettons en \u00e9vidence le r\u00f4le crucial du champ \u00e9lectrique \u00e0 l\u2019apex d'une pointe m\u00e9tallique pour g\u00e9n\u00e9rer localement les conditions favorables \u00e0 la nucl\u00e9ation.<\/em><\/p>\n

L'eau liquide peut \u00eatre d\u00e9compos\u00e9e en hydrog\u00e8ne (H2<\/sub>) et oxyg\u00e8ne (O2<\/sub>) gazeux par \u00e9lectrolyse<\/strong>. Pour se produire aux interfaces \u00e9lectrode-\u00e9lectrolyte, cette double r\u00e9action n\u00e9cessite un minimum de diff\u00e9rence de potentiel (hauteur de barri\u00e8re \u00e9nerg\u00e9tique). L'ordre de grandeur pratique de la densit\u00e9 maximale de courant \u00e9chang\u00e9 aux \u00e9lectrodes conductrices est l'A\/cm2<\/sup>. Les exp\u00e9riences que nous avons r\u00e9alis\u00e9es d\u00e9montrent que, localement, la densit\u00e9 de courant d'\u00e9lectrolyse peut d\u00e9passer la valeur moyenne de plusieurs ordres de grandeur. Pour ce faire, nous avons combin\u00e9 une \u00e9lectrode-pointe au rayon de courbure nanom\u00e9trique<\/strong> \u00e0 l'utilisation de polarisations alternatives ad hoc<\/em>. Ainsi, la diff\u00e9rence de potentiel requise pour la r\u00e9action peut, \u00e0 proximit\u00e9 de l'apex, se produire sur une \u00e9paisseur d'\u00e9lectrolyte extr\u00eamement r\u00e9duite. L'ordre de grandeur du champ \u00e9lectrique<\/strong> y d\u00e9passe alors le V\/nm. C'est crucial car la demi-r\u00e9action : H+ <\/sup>+ e-<\/sup> -> 1\/2 H2<\/sub> est limit\u00e9e par la probabilit\u00e9 d'effet tunnel d'un \u00e9lectron de l'\u00e9lectrode vers un proton de la solution et que cette probabilit\u00e9 augmente tr\u00e8s fortement (exponentiellement) quand l'\u00e9paisseur diminue. Sur le plan exp\u00e9rimental, la clef de cette mise en \u00e9vidence r\u00e9side dans l'exploitation d'un temps caract\u00e9ristique d'\u00e9tablissement du courant d'\u00e9lectrolyse via l'apex plus petit que via le reste de la surface, plus plate, de l'\u00e9lectrode.<\/p>\n

Optiquement, dans les conditions ad hoc<\/em>, on observe, depuis l'apex seulement, l'\u00e9mission de bulles de gaz ayant localement nucl\u00e9\u00e9 \u00e0 partir des gaz dissous produits par la r\u00e9action d'\u00e9lectrolyse. Le champ \u00e9lectrique intense<\/strong> permet donc de localiser la nucl\u00e9ation de bulles dans l\u2019espace<\/strong>.\u00a0 Le travail actuel consiste \u00e0 d\u00e9celer la signature \u00e9lectrique de la pr\u00e9sence de ces bulles. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne d'exaltation \u00e0 l'apex nanom\u00e9trique d'une pointe peut aussi \u00eatre mis \u00e0 profit pour d\u00e9clencher localement d\u2019autres m\u00e9canismes fondamentaux susceptibles de favoriser la nucl\u00e9ation de cristaux<\/strong>. Le but est de biaiser le caract\u00e8re stochastique<\/strong> de la nucl\u00e9ation de cristaux pour agir sur o\u00f9 et quand<\/strong> ceux-ci se d\u00e9velopperont. C\u2019est un enjeu tant fondamental qu\u2019appliqu\u00e9. En plus d\u2019en apprendre sur les m\u00e9canismes favorisant la nucl\u00e9ation, on saurait notamment o\u00f9 braquer nos meilleurs outils d'observation et quand leur demander d'\u00eatre attentifs aux tout premiers stades de la croissance.<\/p>\n

R\u00e9f\u00e9rences:<\/p>\n

Olives, J.; Hammadi, Z.; Morin, R.; Lapena, L., Water nanoelectrolysis: A simple model. J. Appl. Phys. 2017, 122 (24), 244902.<\/a><\/p>\n

Hammadi, Z.; Lapena, L.; Morin, R.; Olives, J., Immobilization of a bubble in water by nanoelectrolysis. Appl. Phys. Lett. 2016, 109 (6), 064101.<\/a><\/p>\n

Hammadi, Z.; Grossier, R.; Zhang, S.; Ikni, A.; Candoni, N.; Morin, R.; Veesler, S., Localizing and inducing primary nucleation. Faraday Discuss. 2015, 179, 489-501.<\/a><\/p>\n

Hammadi, Z.; Morin, R.; Olives, J., Field nano-localization of gas bubble production from water electrolysis. Appl. Phys. Lett. 2013, 103 (22), 223106.<\/a><\/p>\n

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Fig.1: Des param\u00e8tres particuliers d\u2019amplitude et de fr\u00e9quence appliqu\u00e9es pour d\u00e9clencher une r\u00e9action d\u2019\u00e9lectrolyse \u00e0 une \u00e9lectrode en forme de pointe permettent de n\u2019observer la g\u00e9n\u00e9ration de bulles d\u2019hydrog\u00e8ne gazeux qu\u2019\u00e0 proximit\u00e9 de l\u2019apex, l\u00e0 o\u00f9 le champ \u00e9lectrique est le plus intense.<\/figcaption><\/figure><\/div>
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Fig.2: Selon les choix des param\u00e8tres d\u2019amplitude et de fr\u00e9quence pour une \u00e9lectrolyse en courant alternatif, on observe la g\u00e9n\u00e9ration de bulles de gaz : sur toute l\u2019\u00e9lectrode, qu\u2019\u00e0 son apex ou nulle part. <\/figcaption><\/figure><\/div>
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Fig.3: A l\u2019instar de la manifestation de l\u2019\u00e9lectrolyse au travers des bulles g\u00e9n\u00e9r\u00e9es, pour les d\u00e9celer plus t\u00f4t, on vise \u00e0 d\u00e9tecter \u00e9lectriquement ces ph\u00e9nom\u00e8nes induits par des champs localis\u00e9s \u00e0 l\u2019\u00e9chelle du nanom\u00e8tre. Ici par la signature en phase de l'\u00e9lectrolyse qui \"sculpte\" l'espace des param\u00e8tres d\u2019amplitude et de fr\u00e9quence appliqu\u00e9es pour induire les diff\u00e9rents r\u00e9gimes.<\/figcaption><\/figure><\/div>
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Fig.4: Cristallisation localis\u00e9e d'une prot\u00e9ine \u00e0 l'apex d'une pointe par un champ \u00e9lectrique localis\u00e9<\/figcaption><\/figure><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Contact: P. Dumas Des champs \u00e0 l\u2019\u00e9chelle du nanom\u00e8tre aux ph\u00e9nom\u00e8nes localis\u00e9s en solution. Projet dans lequel nous mettons en \u00e9vidence le r\u00f4le crucial du champ \u00e9lectrique \u00e0 l\u2019apex d’une pointe m\u00e9tallique pour g\u00e9n\u00e9rer localement les conditions favorables \u00e0 la nucl\u00e9ation. L’eau liquide peut \u00eatre d\u00e9compos\u00e9e en hydrog\u00e8ne (H2) et oxyg\u00e8ne (O2) gazeux par \u00e9lectrolyse. <\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":[],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/5626"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5626"}],"version-history":[{"count":43,"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/5626\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9854,"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/5626\/revisions\/9854"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5626"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}