Surfaces modèles or-palladium étudiées in situ : de l'ultra-vide aux conditions de réactions catalytiques

par Aude Bailly

Thèse de doctorat en Physique des matériaux et nanostructures

Sous la direction de Marie-Claire Saint-Lager.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    La compréhension des processus catalytiques nécessite de pouvoir corréler la structure à l'échelle atomique des catalyseurs en cours de réaction avec les propriétés macroscopiques observées. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et l'outil principal est la diffraction X de surface. Une partie instrumentale concerne le développement d'un réacteur permettant la caractérisation in situ, par des techniques de diffusion des rayons X, de surfaces de catalyseurs modèles pendant une réaction chimique donnée (jusqu'à 1 bar). Les caractéristiques principales du réacteur ainsi que les premiers tests de validation sous faisceau X sont décrits. En relation avec la problématique précédente, une partie plus fondamentale s'intéresse à l'étude de surfaces modèles bimétalliques à base d'or et de palladium avec d'une part, des dépôts d'or sur Pd(110) et d'autre part, les surfaces (111) et (110) d'un alliage massif Au30Pd70. L'étude du système Au/Pd(110), en ultra-vide, a bénéficié de la complémentarité entre la diffraction X de surface et la microscopie à effet tunnel. Pour des épaisseurs de dépôt jusqu'à 2. 5 MC et des températures de recuit atteignant 470°C, nous nous sommes intéressés à la description de la croissance, de la structure et de la morphologie des dépôts d'or. L'étude menée sur l'alliage Au30Pd70 a confirmé l'intérêt de la diffraction X pour caractériser ces surfaces modèles au cours d'une réaction catalytique. La structure des faces (110) et (111) a d'abord été étudiée en ultra-vide, puis en présence de faibles pressions d'hydrogène et d'oxygène, jusqu'à 10-5 mbar. Le réacteur développé par notre équipe, a ensuite permis d'étudier l'hydrogénation sélective du 1,3-butadiène sur la face (111) sous faisceau X avec pour objectif de caractériser la surface à différents stades de la réaction. Un effet très important de l'hydrogène au niveau volumique ainsi qu'à la surface de l'alliage a été mis en évidence. Ces modifications sont discutées en relation avec les propriétés catalytiques.


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  • Titre traduit

    Gold-palladium model surfaces studied in situ : from ultra-high vacuum up to catalytic reaction conditions


  • Résumé

    Fundamental understanding of catalytic processes implies to correlate the atomic-scale structure of catalysts during a reaction with the macroscopic properties. This thesis work is in this frame and the main tool is the surface x-ray diffraction. An instrumental part is devoted to the development of a reactor which allows to characterise in situ the surfaces of model catalysts during a given reaction (up to 1 bar), by means of x-ray diffusion-based techniques. The main reactor features, as well as the first commissioning tests are described. A more fundamental part is dedicated to the study of bimetallic model surfaces based on gold and palladium with on one hand, gold deposits on Pd(110) and on the other hand, the (111) and (110) surfaces of the Au30Pd70 bulk alloy. The study of Au/Pd(110) in ultra-high vacuum has benefited from the complementarity between surface x-ray diffraction and scanning tunneling microscopy. For thicknesses up to 2. 5 ML and annealing temperatures up to 470°C, the growth, structure and morphology of gold deposits are described. Finally, the study led on the Au30Pd70 bulk alloy has confirmed the interest of x-ray diffraction for characterising these model surfaces during a catalytic reaction. The structure of the (110) and (111) faces has been firstly studied in ultra-high vacuum and then during exposures at low pressures of hydrogen and oxygen (up to 10-5 mbar). Consecutively, the selective butadiene hydrogenation has been studied on the (111) surface, in the new reactor with the final aim to characterise the structure at different steps of the reaction. A strong effect of pure hydrogen on the volume and the surface of the alloy has been evidenced. These modifications are discussed in relation to the catalytic properties.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (vii-194 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0221
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0221/D
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