Catalyseurs Ru/TiO2 Nanostructurés pour la Methanation du CO2

Nanostructured Ru/TiO2 catalysts for CO2 methanation

• Auteur / Autrice : Ara Kim
• Direction : Éric Gaigneaux, Clément Sanchez, Damien Debecker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance le 11/01/2016
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec Université catholique de Louvain (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Devaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Carrier, Capucine Sassoye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corine Gerardin, Denis Uzio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Catalyseurs au ruthénium

Matériaux poreux

Mots clés libres

Methanation du CO2

Ruthenium

Methanation du CO2

Titanium dioxide

Epitaxie

Matériaux mésoporeux

CO2 methanation

Ruthenium

Nanoparticles

Résumé

L’hydrogénation du CO2 par voie catalytique hétérogène représente une stratégie pertinente pour atténuer les émissions. Cette thèse a pour but de contribuer à la compréhension des facteurs physico-chimiques qui déterminent l’activité de catalyseurs Ru/TiO2 en conditions douces (= 200 °C, 1 atm). Des nanoparticules de RuO2 de 2 nm sont utilisées comme précurseurs de la phase active de Ru métallique. Ces nanoparticules calibrées sont combinées avec plusieurs supports de TiO2 présentant diverses cristallinités, textures, stabilité et compositions, dans le but de comprendre les paramètres qui dictent l’activité des catalyseurs Ru/TiO2. Les interactions spécifiques entre le support de TiO2 et les nanoparticules de RuO2 sont mises en évidence via différentes techniques avancées incluant la tomographie et la microscopie électronique en transmission environnementale à pression atmosphérique. Il apparait que le paramètre clé conférant une activité catalytique élevée est la stabilisation épitaxiale de RuO2 sur le TiO2 rutile lors de l’étape d’activation qui précède la réduction vers la forme Ru métallique.

The hydrogenation of CO2 performed through heterogeneous catalysis is a pertinent strategy for mitigating CO2 emissions. This thesis aims to contribute to the understanding of the physico-chemical factors related to the catalytic performance of Ru/TiO2 catalysts at mild conditions (= 200 °C, 1 atm). Pre-synthesized 2 nm-RuO2 nanoparticles (NPs) are used to serve as precursors for active metallic Ru. These calibrated NPs are coupled with various tailor made TiO2 supports with different crystallinity, textural properties, stability and composition to understand parameters that dictate the activity of Ru/TiO2 catalysts. The specific RuO2-TiO2 interactions and RuO2 NPs migration phenomenon are demonstrated using various techniques including the state-of-the-art tomography and environmental transmission electron microscopy at atmospheric pressure. The important parameter for the better catalytic performance is found to be the epitaxial stabilization of RuO2 on rutile TiO2 prior to the formation of active Ru phase.