Compréhension des mécanismes d'activation de petites molécules et développement de nouvelles stratégies de dépollution basse température en catalyse hétérogène

Understanding the activation mechanisms of small molecules and developing new strategies for low-temperature pollution control using heterogeneous catalysis

• Auteur / Autrice : Ibrahim Hatoum
• Direction : Christophe Dujardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 / UCCS
• Jury : Président / Présidente : Rose-Noëlle Vannier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dujardin, Nicolas Bion, Frédéric Meunier, Mélissandre Richard, Claude Mirodatos
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Bion, Frédéric Meunier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Monoxyde de carbone

Spectroscopie infrarouge

Mots clés libres

Ssitka-Ir

Oxydation de CO

Carbonyles

Hydrogénocarbonates

Hystérésis

Ssitka-Ir

CO oxidation

Carbonyls

Hydrogen-Carbonate

Hysteresis

Résumé

L'objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension des phénomènes d’hystérésis sur les métaux nobles afin de pouvoir augmenter l’activité des catalyseurs à basse température. Le mécanisme d'oxydation du CO a été étudié par des analyses cinétiques en régime stationnaire d’un échange isotopique transitoire (SSITKA) couplée à la spectroscopie Infrarouge (IR) sur des catalyseurs à base de Pt et de Pd supportés sur de l'alumine. Cette méthodologie a permis de discriminer les espèces intermédiaires et les espèces spectatrices au cours de la réaction. Tout d’abord, les hydrogénocarbonates se sont révélées être des espèces spectatrices, ne participant pas directement à la formation de CO2 lors de la réaction. L’interaction de CO2 avec des groupes hydroxyles présents à la surface du support semble être à l’origine de la formation des hydrogénocarbonates sur Pt/Al2O3 et Pd/Al2O3. Les espèces carbonyles linéaires et pontées ont donc été identifiées comme des espèces intermédiaires potentielles. Un travail de déconvolution des différents types de carbonyles suivie d’une analyse cinétique ont permis de distinguer leur réactivité lors de l’échange isotopique. De plus, une étude comparative du comportement des espèces réactives adsorbées lors de l’oxydation de CO a été menée lors de la montée et de la descente en température afin de mieux caractériser les phénomènes d’hystérésis sur Pt/Al2O3 et Pd/Al2O3 pour en préciser l’origine et mieux comprendre l’impact sur l'activité catalytique

The aim of this thesis is to improve our understanding of hysteresis phenomena on noble metals in order to increase catalyst activity at low temperatures. The CO oxidation mechanism was investigated by steady-state isotopic transient kinetic analysis (SSITKA) coupled with Infrared (IR) spectroscopy on Pt- and Pd-based catalysts supported on alumina. This methodology enabled us to discriminate between intermediate and spectator species during the reaction. Firstly, hydrogen carbonates were found to be spectator species, not directly involved in the formation of CO2 during the reaction. The interaction of CO2 with hydroxyl groups present on the support surface seems to be at the origin of the formation of hydrogencarbonates on Pt/Al2O3 and Pd/Al2O3. Linear and bridged carbonyl species were therefore identified as potential intermediates. Deconvolution of the different types of carbonyls, followed by kinetic analysis, enabled us to distinguish their reactivity during isotope exchange. In addition, a comparative study of the behavior of adsorbed reactive species during CO oxidation has been carried out to better characterize the hysteresis phenomena on Pt/Al2O3 and Pd/Al2O3 in order to clarify their origin and better understand their impact on catalytic activity