Étude des propriétés dynamiques du catalyseur Pt/CeO2

Study of Dynamics properties of Pt/CeO2 Catalyst

• Auteur / Autrice : Géraldine Ferré
• Direction : Philippe Vernoux, Stéphane Loridant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Anne Giroir-Fendler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Vernoux, Stéphane Loridant, Antoine Lacarriere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Epron, Pascal Granger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Monoxyde de carbone

Catalyse photorédox

Oxydes de cérium

Mots clés libres

Oxyde de cérine

Propriétés REDOX

Catalyse automobile (DOC)

Mobilité platine

Atome isolé

Réaction d'oxydation

Ceria oxide

REDOX properties

Automotive catalyst

Oxidative reaction

Single atome

Platinum mobility

Résumé

La réglementation européenne contre les émissions de gaz polluants émises par les véhicules est de plus en plus restrictive. Un des points d’amélioration des systèmes de dépollution actuels porte l’activité à basse température afin d’abattre la pollution émise lors des démarrages à froid. Ces travaux de thèse ont pour but de comprendre l’évolution d’un catalyseur Pt/CeO2 au cours de cycles redox pour ainsi augmenter ses performances pour l’oxydation de CO, C3H6 et NO notamment à basse température. L’activation la plus prometteuse pour l’oxydation du CO à basse température est la combinaison d’une réduction à 250 °C et d’une oxydation à température ambiante. La microscopie électronique à transmission a permis d’observer différents types de nanostructure du platine (particules 3D, rafts, atomes isolés) en fonction de la température du cycle redox. L’ensemble des caractérisations (Raman, TEM, TPR, chimisorption de CO, XANES, XPS) indique que le site actif pour l’oxydation du CO à basse température est constitué d’une monocouche de Pt (raft), incluant des cations Pt2+. Pour l’oxydation du propène et du NO de plus grosses particules (>2 nm) sont nécessaires pour de meilleures performances. La dynamique de formation et de redispersion des particules de platine d’un catalyseur Pt/CeO2 sous l’impact de séquences redox permet de construire des sites actifs pour l’oxydation du CO à basse température

European regulation against cars’ pollution is more and more tough. Car’s constructors have to develop new solutions to limit the impact on the population. One possible improvement for the actual depollution systems is to start the catalysis at low temperature to reduce the pollution from cold start. The major objective of this thesis’ research has been to understand the evolution of the catalyst Pt/CeO2 during several REDOX cycles in order to improve the oxidation performances of CO, C3H6 and NO at low temperature. To simulate NOXTRAP conditions, gas pulses of rich and lean atmosphere have improved catalytic performances for CO oxidation. In situ characterization aren’t compatible with these kind of activation. Therefore, REDOX sequences have been established with 1 h under reductive atmosphere and 1 h under oxidative atmosphere. Three kind of configurations for the Pt atoms have been observed by MET after theses kind of sequences in function of the temperature: 3D Nps, raft and single atoms. By using various characterization technics: Raman, TPS, CO chemisorption, XANES, XPS, the results demonstrate that the most effective site come from the probable cluster Pt8O14. In this configuration the platinum is in Pt2+ electronic stat with Pt-O-Pt bonds. On this kind of particles, Mars-Van Krevlen mechanism isn’t applicable for CO oxidation. For NO and propene bigger particles are needed for improve performances. The dynamics of formation and dispersion of the particles led to the build of optimum dispersity for the reactions of oxidation and the use of REDOX of activation leads successfully to the formation of active Pt/CeO2 catalyst