Thèse soutenue

Simulations ab initio de la transformation catalytique de molécules issues de la biomasse en sous-unités d'intérêt industriel
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Auteur / Autrice : Muhammad Akif Ramzan
Direction : Carine Michel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 18/03/2022
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)
Jury : Président / Présidente : Tzonka Mineva
Examinateurs / Examinatrices : Carine Michel, Tzonka Mineva, Karoliina Honkala, Jean-François Paul, Raphael Wischert
Rapporteurs / Rapporteuses : Karoliina Honkala, Jean-François Paul

Résumé

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Nous avons étudié les réactions hétérocatalytiques de l'isosorbide (IS), une molécule plateforme cruciale ayant des applications industrielles. Nous avons principalement étudié l'isomérisation de l'IS en ses isomères moins abondants, l'isoidide et l'isomannide, en nous attachant à comprendre le rôle indispensable de l'hydrogène. L'isomérisation est une voie possible dans toute réaction qui implique la déshydorénation des IS, c'est-à-dire l'amination, et nécessite donc une compréhension approfondie pour nous aider dans nos tentatives de valorisation des IS en d'autres produits chimiques utiles. La réaction d'isomérisation a lieu en présence d'un solvant aqueux, jusqu'à une pression d'hydrogène de 50 bars et une température aussi élevée que 200 °C en utilisant un catalyseur au ruthénium supporté sur de carbone. En utilisant la théorie fonctionnelle de la densité en conditions périodiques, nous avons étudié la surface d'énergie potentielle pour l'isomérisation de l'IS à la fois en l'absence et en présence d'hydrogène. Nos résultats indiquent qu'une couverture d'hydrogène sur la surface du catalyseur joue un rôle important dans la déstabilisation des intermédiaires de réaction, par ailleurs très stables, réduisant ainsi les barrières globales impliquées dans la réaction. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé l'état de surface du catalyseur dans des conditions expérimentales de température et de pression en utilisant la thermodynamique atomistique ab initio. Nos résultats révèlent qu'en l'absence d'hydrogène, la surface peut être (partiellement) oxydée même par la simple présence d'eau. Cela signifie également que l'hydrogène peut jouer un rôle d'agent protecteur dans la réaction d'isomérisation. Enfin, en utilisant un modèle cinétique, nous avons étudié la réaction d'amination de l'IS en vue de comprendre l'empoisonnement potentiel de la surface du catalyseur par les espèces NHx.