Catalyseurs à base d'oxydes métalliques fluorés : synthèse, caractérisations et applications catalytiques

Fluorinated metal oxides catalysts : synthesis, acidic properties and catalytic applications

• Auteur / Autrice : Roua Ben Salem
• Direction : Nadine Essayem, Shashank Mishra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse
• Date : Soutenance le 10/07/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Fongarland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonella Gervasini, Sébastien Paul, Alain Rives
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antonella Gervasini, Sébastien Paul

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluor

Oxydes métalliques

Synthèse (chimie)

Innovation

Catalyseurs

Mots clés libres

Catalyseurs à base d'oxydes métalliques fluorés

Échange anionique

Décomposition des trifluoroacétates métalliques

Sol-Gel

Acidité

Basicité

Fluorinated metal oxides catalysts

Anionic exchange

Decomposition of metal trifluoroacetates

Sol-Gel

Acidity

Basicity

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur la synthèse de nouveaux catalyseurs fluorés, utilisant d’acide trifluoroacétique (TFAH) comme précurseur de Fluor, leurs caractérisations physico-chimiques et l’étude de leurs propriétés acido-basiques en phases gazeuse et aqueuse. Une première méthode consiste en l’échange anionique entre des supports oxo/hydroxo de titane, de niobium ou de zirconium, de surfaces spécifiques élevées, et une solution de TFAH. La rétention du fluor, avant et après calcination, est plus importante au contact du support à base de zirconium. La présence de fluor inhibe la basicité de la zircone et génère une acidité de Brønsted expliqué par l’effet électroattracteur de fluor et rend la surface du catalyseur plus hydrophobe. La zircone fluorée convertit sélectivement l’isopropanol en propène en phase gazeuse et la dihydroxyacétone en pyruvaldéhyde dans l’eau. La deuxième synthèse est une nouvelle approche multi-étape couplant la décomposition d’un précurseur de fluor à base d’yttrium Y(TFA)3(H2O)3 en NPs de YF3 et leur incorporation dans un gel de TiO2. Différentes techniques de caractérisations physico-chimique (XPS, DRX, RMN 19F) indiquent que le fluor existe sous la forme YF3 dans la matrice de TiO2, stable après une calcination à 500°C. YF3 dispersé dans TiO2 de surface spécifique élevée catalyse efficacement la conversion de la dihydroxyacetone (DHA) dans l’eau.

This thesis work focuses on the synthesis of new fluorinated metal catalysts, using trifluoroacetic acid (TFAH) as fluorine precursor, their physico-chemical characterizations and the study of their acid-base properties in the gas and aqueous phases. The first synthesis is the anionic exchange between oxo/hydroxo supports of titanium, of niobium and of zirconium, with high specific areas, and a solution of TFAH. The fluorine retention, before and after calcination, is greater using the zirconium support. The presence of fluorine inhibits the basicity of the zirconia and generates Brønsted acidity due to the electron-withdrawing effect of fluorine and makes the catalyst’s surface more hydrophobic. Fluorinated zirconia produces selectively propene from isopropanol in gas phase and pyruvaldehyde from dihydroxyacetone in water. The second synthesis is new multi-step approach coupling the decomposition of an yttrium-based fluorine precursor Y(TFA)3(H2O)3 into YF3 NPs and their incorporation into TiO2. Various physico-chemical characterization techniques (XPS, XRD, 19F NMR) indicate that fluorine exists in the form of YF3 in the TiO2 matrix, stable at after calcination at 500°C. YF3 dispersed in TiO2 of high surface area catalyzes efficiently the conversion of dihydroxyacetone (DHA) in water.