Électrocatalyseur à base d'argent pour la promotion électrochimique de la catalyse
Auteur / Autrice : | Thomas Cavoué |
Direction : | Philippe Vernoux, Jean-Paul Viricelle |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Catalyse |
Date : | Soutenance le 24/01/2020 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....) |
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 : Anne Giroir-Fendler |
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Vernoux, Jean-Paul Viricelle, Helena Kaper | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Rose-Noëlle Vannier, Nicolas Bion |
Mots clés
Résumé
L’oxyde d’éthylène (EO) est un précurseur de nombreuses réactions de chimie fine. Il est produit par la réaction d’époxydation de l’éthylène sur un catalyseur à base d’argent. Cependant, afin d’atteindre des sélectivités élevées, le procédé industriel utilise des additifs chlorés dans la phase gaz peu écologiques et des modérateurs alcalins sur le catalyseur. L’objectif de cette étude fondamentale est de développer un procédé écoresponsable à forte sélectivité en utilisant le concept de promotion électrochimique de la catalyse. Ce phénomène permet de forcer, sous l’impact d’une faible polarisation électrique, la migration d’espèces ioniques présentes dans un électrolyte solide sur le catalyseur afin de modifier, in-situ, ses propriétés catalytiques. Différentes couches catalytiques à base argent ont été déposées sur des membranes denses en zircone stabilisée à l’oxyde d’yttrium (YSZ), un conducteur par les ions O2-. Les couches d’argent pur présentent une très faible activité pour la réaction d’époxydation mais ont montré des propriétés intéressantes pour la combustion du propène dans des conditions oxydantes, grâce au phénomène de promotion électrochimique de la catalyse. Pour pallier à la faible activité des couches d’argent pur, des couches composites entre l’argent et YSZ ont été synthétisées afin d’augmenter la porosité des couches et l’interface Ag/YSZ. Ces électrocatalyseurs composites Ag/YSZ atteignent des sélectivités en EO supérieures à 50% en l’absence de promoteur et sous pression atmosphérique à 300°C, résultats sans précédents dans la littérature. Cependant, cet état sélectif n’est maintenu que pendant quelques heures. Des observations in situ en microscopie électronique en transmission environnementale ont permis de démontrer la formation sous mélange réactionnel de petits clusters d’Ag2O à la surface des cristallites de YSZ via un mécanisme d’évaporation/condensation. Ces nanoparticules de très petites tailles (< 1 nm), très sélectives, coalescent malheureusement rapidement à 300°C et perdent leur sélectivité en EO au profit de la production de CO2.