Synthesis and characterization of Fe-containing oxide powders and carbon nanotube-Fe-oxide nanocomposites

• Auteur / Autrice : Valdirene Gonzaga de Resende
• Direction : Christophe Laurent, Eddy De Grave
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Université de Gand, Belgique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Mössbauer

Catalyseurs au fer

Nanotubes

Carbone

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Mullite

Spectroscopie Mössbauer

Solutions solides oxydes

Oxinate

Dépôt catalytique en phase vapeur

Alumine

Microscopie électronique

Résumé

Les nanotubes de carbone (NTC), très petits, creux et monodimensionnels, sont très étudiés du fait de leurs excellentes propriétés thermiques, électriques et mécaniques. Les buts de cette thèse étaient premièrement de préparer des poudres et mousses de solutions solides Fe/Al2O3 et des poudres Fe/Al6Si2O13, servant comme matériaux catalytiques pour la synthèse de nanocomposites NTC-Fe-oxyde, et deuxièmement de faire une étude approfondie de tous ces matériaux par spectroscopie Mössbauer du 57Fe et de corréler les résultats avec ceux issus d'autres techniques, de manière à obtenir des informations sur la formation des NTC, la stabilité thermique et la composition de surface des nanocomposites. L'intérêt d'utiliser la spectroscopie Mössbauer réside dans le fait que l'identification et la quantification des différentes phases contenant du fer peut être réalisée avec précision. De plus, cette technique permet de déterminer l'état d'oxydation du fer, permettant ainsi de connaître le degré de réduction de la solution solide. La combinaison de l'Integral Low-Energy Electron Mössbauer Spectroscopy avec la spectroscopie Mössbauer en transmission a permis d'apporter beaucoup d'informations utiles à la compréhension des relations entre le matériau catalytique de départ, la localisation dans les nanocomposites des espèces réduites du fer (a-Fe, Fe3C et gamma-Fe-C) et les NTC. D'anciennes hypothèses expliquant comment ces espèces sont reliées à la formation des NTC ont pu être affinées : il a été montré que les particules de gamma-Fe-C ne sont pas forcément de toutes petites nanoparticules et que les particules actives pour la formation des NTC ne sont pas toujours détectées comme Fe3C.

Carbon nanotubes (CNT), very small, hollow and monodimensional, are one of the most widely investigated nanomaterial because they show excellent thermal, electrical and mechanical properties. The goals of this thesis were firstly to prepare Fe/Al2O3 solid solution powders and foams and Fe/ Al6Si2O13 powders and to use them as catalytic materials for the synthesis of CNT-Fe-oxyde nanocomposites, and secondly to perform a profound investigation of all the materials by 57Fe Mössbauer spectroscopy and to correlate the results with those obtained by other techniques with the aim to obtain information on the formation of the CNT, thermal stability, and surface composition of the nanocomposites. The value of applying the Mössbauer spectroscopy technique is that the identification and quantification of the various Fe-containing phases can be performed precisely. Moreover, this technique has the advantage of determining the oxidation state of iron and thus, the reduction rate of the starting solid solution(s). The combination of the Integral Low-Energy Electron Mössbauer Spectroscopy with transmission Mössbauer spectroscopy has yielded many information concerning the understanding of the relationship between the starting catalytic material, the location of the reduced iron species (a-Fe, Fe3C and gamma-Fe-C) in the nanocomposites and the CNT. Earlier hypotheses, into how these species may be connected to the formation of the CNT, were refined: it was shown that gamma-Fe-C particles are not obviously very small-sized nanometric particles and that the species active for the formation of CNT are not always detected as Fe3C.