Développement d'une nouvelle voie de synthèse de catalyseurs métalliques autosupportés (nanomousses) : étude des propriétés structurales et catalytiques

New synthesis way for self-supported metal catalysts (nanofoams) : study of strutural and catalytic properties

• Auteur / Autrice : Thierry Deronzier
• Direction : Jean-Luc Rousset, Marc Lomello-Tafin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Catalyse
• Date : Soutenance le 16/10/2012
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Tillement
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Delannoy, Olivier Dezellus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Suzanne Giorgio, Véronique Pitchon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Hydrogénation

Catalyseurs

Or

Mots clés libres

Or nanoporeux

Dealloying

Oxydation de CO

Catalyseur

AgAu

NiPd

Raney

Hydrogénation du 1,3-butadiène

Nanoporous gold

Dealloying

CO oxidation

Catalyst

AgAu

NiPd

Raney

1,3-Butadiene hydrogenation

Résumé

L’or, habituellement considéré comme catalytiquement inactif, fait preuve d’une activité étonnante pour diverses réactions d’oxydation pourvu qu’il soit supporté sur un oxyde approprié. Ces dix dernières années, des méthodes de synthèse par dissolution sélective du composé le moins noble d’un alliage métallique (dealloying) ont permis l’obtention de catalyseurs d’or nanoporeux. Ces catalyseurs font preuve d’une très forte activité catalytique vis-à-vis de la réaction d’oxydation du monoxyde de carbone. Cependant, des études plus récentes semblent montrer que cette activité est due aux impuretés présentes dans les catalyseurs, qui sont imputables aux limitations de la méthode de synthèse utilisée. Dans cette étude, un catalyseur nanoporeux d’or pur a été obtenu par oxydation spontanée d’un alliage AuZr à température ambiante puis dissolution sélective totale de ZrO2 dans HF. Ce catalyseur démontre des caractéristiques structurales et morphologiques similaires à celles des échantillons obtenus par dealloying. Leur évaluation catalytique a été réalisée par réaction d’oxydation du CO et en PrOx : les résultats montrent que l’or pur nanoporeux n’est pas catalytiquement actif. La préparation de catalyseurs AgAu selon la même méthode a permis l’obtention de catalyseurs de différentes teneurs en argent, proches des résidus obtenus par dealloying. L’impact de la présence de l’impureté d’argent sur la catalyse est avéré : elle permet d’exacerber l’activité de l’or à température ambiante par synergie des deux éléments. Cependant, l’effet promoteur de l’hydrogène disparaît en PrOx et l’impact de la concentration d’argent est faible lors de l’oxydation du CO. Une étude exploratoire sur les nanomousses NiPd a été menée en parallèle. Le palladium, qui présente le meilleur compromis activité/sélectivité pour les hydrogénations sélectives, voit son activité exacerbée lorsqu’il est déposé à la surface d’un monocristal de Nickel. Cet effet n’existe pas pour des nanoparticules Pd/Ni supportées. Un catalyseur NiPd a donc été préparé dans cette étude selon la méthode des nickels de Raney® afin de combiner les propriétés des monocristaux et des nanoparticules

Gold, generally considered as catalytically inactive, demonstrates a surprising activity toward several oxidation reactions when supported on a proper oxide. New synthesis ways have been developed for ten years to obtain nanoporous gold catalysts based on selective dissolution of the less noble component of a metallic alloy (dealloying). These catalysts exhibit very high activity towards the carbon monoxide oxidation reaction. However recent studies seem to reveal that this activity could be due to impurities inherent to dealloying. In this study a very pure nanoporous catalyst was obtained by spontaneous oxidation of a AuZr alloy at room temperature; a total selective dissolution of ZrO2 was then carried out in HF. Its structural and morphological characteristics proved to be similar to the dealloyed catalysts ones. The evaluation of its catalytic properties by CO oxidation showed that pure nanoporous gold was not catalytically active. Besides bimetallic AgAu catalysts were prepared following the same preparation method with three silver concentrations chosen close to the residual impurities concentrations obtained by dealloying. Their catalytic properties proved to be impacted by silver impurities: gold activity was emphasized at room temperature by synergy between the two elements. However, the promotional effect of hydrogen disappeared in PrOx and the role of silver concentration was low for CO oxidation. In parallel an exploratory study was carried out on NiPd nanofoams. The catalysts were prepared following the Raney® nickel method to improve the palladium activity towards the selective hydrogenation reaction. The results showed a slight increase of the catalytic activity