Nanoparticules Au-Pd déposées sur oxyde pour la réaction d'oxydation du CO

Oxide supported Au-Pd nanoparticles for CO oxidation reaction

• Auteur / Autrice : Venkatesan Dhanasekaran
• Direction : Yves Garreau, Alina Vlad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Matière condensée
• Date : Soutenance le 29/06/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Synchrotron SOLEIL
• Jury : Président / Présidente : Christian Ricolleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Garreau, Alina Vlad, Marie-Claire Saint-Lager, Massimiliano Marangolo, Beri Mbenkum Nsoyani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Claire Saint-Lager, Massimiliano Marangolo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydoréduction

Nanoparticules

Rayons X -- Diffusion

Réactivité (chimie)

Catalyse

Nanoparticules d'or

Nanoparticules

Mots clés libres

AuPd

Réactivité

Oxydation du CO

In-operando

Nano-lithographie à base de micelles

AuPd

Reactivity

CO oxidation

Operando conditions

Micelle nanolithography

Résumé

Les nanoparticules (NPs) bimétalliques Au-Pd ont été étudiées pour leur activité catalytique dans la réaction d'oxydation du CO. La technique de préparation, la taille et la composition des nanoparticules ont un grand impact sur le comportement catalytique du système. Ici, des nanoparticules de 3 et 5nm de diamètre Au1-xPdx (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) ont été utilisées pour étudier l'effet de la taille et de la composition. Les échantillons ont été synthétisés par nano-lithographie à base de micelles, technique bien adaptée pour obtenir des particules ayant une distribution en taille étroite. Afin d’obtenir une répartition homogène des micelles chargées en ions métalliques sur des substrats de SiO2/Si(001), nous avons eu recours à la méthode de « spin-coating » et obtenu une organisation quasi-hexagonales des micelles observable en SEM. Un plasma d'oxygène ou d'hydrogène a été utilisé pour éliminer le polymère, réduire les ions métalliques et permettre la formation de nanoparticules. Nous avons entrepris une approche systématique pour étudier l'effet du plasma sur la structure et la morphologie des NPs à l'aide des techniques de diffusion des rayons X. L'oxydation et l'activité catalytique des NPs Au1-xPdx pour l'oxydation du CO ont été étudiées à 300 °C et 0.5 bar dans le réacteur à flux XCAT disponible sur la ligne de lumière SixS du Synchrotron SOLEIL, France. Les mesures de l'activité d'oxydation du CO ont montré que les NPs préparées en utilisant le plasma d'oxygène présentent un taux de conversion en CO2 plus élevé que les NPs préparées à l'aide de plasma d'hydrogène pour une composition donnée. Les nanoparticules de Pd préparées avec du plasma d'O2 se sont révélées être le catalyseur le plus actif : aucun effet synergique n'a été observé pour les nanoparticules bimétalliques pour la réaction d'oxydation du CO.

Au-Pd bimetallic nanoparticles (NPs) have been studied for their catalytic activity in CO oxidation reaction. The preparation technique, size and composition of the nanoparticles have great impact on the catalytic behaviour of the system. Here, 3 and 5nm diameter Au1-xPdx (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) nanoparticles were employed to study the effect of size and composition. The samples were synthesized by micelle nanolithography, a technique well adapted to yield narrow size distribution of nanoparticles. To achieve monodisperse metal-loaded micelles on SiO2/Si(001) substrates we employed spin-coating and observe quasi-hexagonal ordered micelles in SEM. Oxygen or hydrogen plasma were used to remove the polymer, reduce the metal ions and enable nanoparticle formation. We made a systematic approach to study the effect of plasma on the structure and morphology of the NPs by means of surface x-ray scattering techniques. The oxidation behavior and CO oxidation activity of the Au1-xPdx NPs were studied at 300°C and 0.5 bar in the flow reactor XCAT available at the SixS Beamline, Synchrotron SOLEIL, France. The CO oxidation activity measurements showed that the NPs prepared using the oxygen plasma present higher CO2 conversion rate than the NPs prepared using hydrogen plasma for a given composition. The Pd nanoparticles prepared using O2 plasma were found to be the most active catalyst: no synergetic effects were observed for bimetallic nanoparticles for the CO oxidation reaction.