Influence de l'atmosphère réactive sur la stabilité structurale de catalyseurs Pt1 supporté et performances associées en oxydation de CO et photogénération d'hydrogène
Auteur / Autrice : | Caroline Dessal |
Direction : | Christian-Laurent Piccolo, Jean-Luc Rousset |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Catalyse |
Date : | Soutenance le 14/12/2018 |
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-....) |
Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône) | |
Jury : | Président / Présidente : Arnaud Brioude |
Examinateurs / Examinatrices : Christian-Laurent Piccolo, Jean-Luc Rousset, Suzanne Giorgio | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Epron, Xavier Carrier |
Mots clés
Résumé
Ce travail de thèse a consisté en l’étude de catalyseurs ultradispersés, composés de clusters nanométriques ou d’atomes isolés (single-atom catalysts, SACs) de métal, une nouvelle classe de catalyseurs faisant actuellement l’objet d’un engouement mondial. Les systèmes Pt/?-Al2O3 et Pt/TiO2 ont été préparés, caractérisés et testés en oxydation de CO et photogénération d’hydrogène, respectivement. Plusieurs méthodes d’imprégnation et de traitement thermique ont été comparées, notamment grâce à l’analyse de la dispersion du platine par microscopie électronique en transmission à balayage (STEM). Pour la préparation de SACs, notre choix s’est finalement porté sur l’imprégnation à humidité naissante d’une faible charge de précurseur Pt(NH3)4(NO3)2, suivie d’une calcination à l’air. L’étude des performances catalytiques et de l’évolution structurale des catalyseurs au cours des réactions a permis de montrer que les atomes isolés (cations) de platine étaient moins actifs que les clusters (réduits) pour les deux systèmes catalytiques étudiés. Dans le cas de Pt/?-Al2O3, des suivis par spectroscopie d’absorption X (XAS) operando en rayonnement synchrotron, spectroscopie infrarouge par réflexion diffuse (DRIFTS) operando et microscopie environnementale (E-STEM) ont montré la formation et la déstabilisation des SACs, cette dernière étant toutefois moindre en conditions oxydantes. En effet, l’oxygène stabilise le platine isolé via la formation de plusieurs liaisons Pt-O-Al comme montré par modélisation DFT, alors que la présence d’un composé réducteur (CO, H2) conduit à la formation de clusters, mobiles sur leur support. Ce travail met en évidence les limites possibles concernant la stabilisation et la mise en œuvre des SACs dans des réactions catalytiques impliquant des conditions réductrices