Nanoparticules métalliques déposées sur des matériaux poreux multifonctionnels pour des applications catalytiques

Metal nanoparticles supported on multifunctional porous materials for catalytic applications

• Auteur / Autrice : Irina Mazilu
• Direction : Sébastien Royer, Emil Dumitriu, Sabine Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 21/06/2017
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Universitatea tehnică "Gheorghe Asachi" (Iaşi, Roumanie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....) - Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers / IC2MP
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Nicolae Hurduc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Royer, Emil Dumitriu, Sabine Petit, Isabelle Batonneau-Gener, Adrian Ungureanu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandra Raluca Iordan, Jean-François Lamonier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sels fondus

Hydrogénation

Métaux de transition

Nanoparticules

Mots clés libres

Sba-15

Supports multifonctionnels

Nanoparticules

Métaux de transition

Imprégnation

Infiltration des sels fondus

Méthode de saut de pH

Hydrogénation sélective

Réaction Fenton

Sba-15

Multifunctional supports

Nanoparticles

Transition metals

Impregnation

Melt infiltration

PH adjusting

Selective hydrogenation

Fenton reaction

Résumé

L’objectif de cette thèse est le développement de nouveaux systèmes catalytiques à base de nanoparticules métalliques non nobles (Cu et/ou Co MNPs) déposées sur des supports mésostructurés multifonctionnels. Plusieurs supports ont été préparés par dopage de silices SBA-15 avec des hétéroatomes de type Al, Ga et Fe en utilisant la méthode de saut de pH ou par recouvrement de la surface de la SBA-15 par les oxydes correspondants en utilisant l’infiltration des sels fondus. Egalement, des supports SBA-15 hybrides organique-silice sont synthétisés par élimination partielle du porogène, et ont été utilisés pour la dispersion des phases métalliques. Les caractérisations et les résultats catalytiques démontrent que la fonctionnalisation des supports SBA-15 avec des hétéroatomes ou avec des groupements polyéthers permettent d’obtenir un contrôle amélioré de l’environnement local des MNPs hébergées, permettant d’ajuster à la fois l'interaction métal-support et la taille des nanoparticules, pour finalement affiner les performances catalytiques en termes d'activité et de chimiosélectivité pour l'hydrogénation en phase liquide d'aldéhydes insaturés tels que le cinnamaldéhyde. De plus, les matériaux SBA-15 dopés par l’oxyde de fer, isolé et/ou fortement dispersé, présentent d’excellentes propriétés catalytiques pour la dégradation de polluants dans l’eau (Reactive Red 120).

The objective of the Ph.D. thesis is the development of new catalytic systems based on non-noble metal nanoparticles (Cu and/or Co MNPs) hosted in functional mesostructured hosts. To this aim, various supports are prepared by doping SBA-15 with Al, Ga and Fe heteroatoms using the two-step pH-adjustment method or by coating the SBA-15 surface with Al, Ga and Fe oxides using the melt infiltration approach. Likewise, hybrid organic-silica SBA-15 supports are obtained by partial extraction of the Pluronic P123 surfactant. The characterization and catalytic results show that the functionalization of SBA-15 supports with heteroatoms or with polyether groups originating from the native surfactant represents new strategic lines to achieve an enhanced control on the local environments of hosted MNPs and to engineer both the metal-support interaction and nanoparticle size, ultimately to fine tuning the performances of Cu and/or Co-based nanocatalysts in terms of activity and chemoselectivity for the liquid-phase hydrogenation of unsaturated aldehydes, such as cinnamaldehyde. Furthermore, SBA-15 materials containing Fe species in isolated and/or highly dispersed states are evaluated for the Fenton-type peroxidation of Reactive Red 120 azo dye, exhibiting excellent catalytic properties for the dye degradation.