Characterization of lamellar or nanostrutured materials based on transition metal oxides for liquid phase catalysis
Caractérisation des matériaux lamellaires ou nanostructurés à base d’oxydes de métaux de transition pour la catalyse en phase liquide
Résumé
Layered transition metal oxides have a potential as catalysts for biomass conversions, but their development necessitates a better understanding of their properties. Consequently, several layered materials such as HNbMoO6, HNbWO6, H2W2O7 and H2WO4 as well as new types of layered oxides based on Nb and W and characterized by a “stair-like” Aurivillius phases were extensively characterized notably by XRD and Raman spectroscopy. The possibility to convert the as-synthesised lithium or bismuth precursors to protonated phases was also thoroughly evaluated. Layered oxides have the specificity to intercalate molecules within their interlayer regions, which may be a key feature to catalytic activity for reactions in the liquid phase. In order to evaluate the respective roles of intercalation and surface properties such as acidity, the materials were characterized in the liquid phase by Raman spectroscopy using organic bases such as n-alkylamines (butylamine and octylamine) and pyridine. Intercalation with possible reagents, n-alcohols and 2,5-hexanediol, was also studied. The catalytic activity of these layered oxides was evaluated using a novel test reaction: the cyclo-dehydration of 2,5-hexanediol into 2,5-dimethyltetrahydrofuran. HNbMoO6 proved to be the most active catalyst, compared to conventional acidic catalysts or other layered materials. The acidity and intercalation ability of the various layered materials were compared to understand the differences observed for the catalytic activity.
Les oxydes de métaux de transition lamellaires peuvent servir de catalyseurs pour la conversion de la biomasse, mais leur développement nécessite une meilleure compréhension de leurs propriétés. En conséquence, plusieurs matériaux lamellaires, tels que HNbMoO6, HNbWO6, H2W2O7 et H2WO4, ainsi qu'un nouveau type d'oxydes en couches basés sur Nb et W et caractérisés par des phases d'Aurivillius “en escalier” ont été largement caractérisés notamment par spectroscopie DRX et spectroscopie Raman. La possibilité de convertir les solides précurseurs au lithium ou bismuth en phases protonées a été étudiée. Ces oxydes ont la spécificité d'intercaler des molécules entre les couches, ce qui peut contribuer à l’activité catalytique en phase liquide. Pour identifier les rôles respectifs de l’intercalation et des propriétés de surface comme l’acidité, les matériaux ont été caractérisés en phase liquide par spectroscopie Raman en utilisant des bases organiques telles que les n-alkylamines (butylamine et octylamine) et la pyridine. L'intercalation avec des réactifs possibles, les n-alcools et le 2,5-hexanediol, a également été étudiée. L'activité catalytique de ces oxydes lamellaires a été déterminée grâce à une nouvelle réaction: la cyclo-déshdrataion du 2,5-hexanediol en 2,5-diméthyltétrahydrofurane. HNbMoO6 s’est avéré le catalyseur le plus actif, comparé à des catalyseurs acides conventionnels ou aux autres matériaux lamellaires. L’acidité et la capacité d’intercalation de ces divers matériaux lamellaires ont été comparées pour comprendre les différences observées pour l’activité catalytique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)