Optimisation de la synthèse de matériaux poreux de haute surface, composés d'oxydes simples (SiO2, TiO2, Al2O3) et d'oxydes mixtes (perovskites), pour des applications en catalyse hétérogène

par Magali Bonne

Thèse de doctorat en Chimie organique, minérale, industrielle

Sous la direction de Daniel Duprez et de Sébastien Royer.

Soutenue en 2010

à Poitiers .


  • Résumé

    Le sujet du Doctorat porte sur l'utilisation des voies de synthèse par mésostructuration pour la préparation de supports de catalyseurs poreux. Trois systèmes ont été abordés pendant la durée du Doctorat, mais l'objectif restait le même dans les trois cas puisqu'il s'agissait de contrôler la morphologie du support afin de permettre par la suite l'optimisation du catalyseur final. La première partie du travail a été consacrée à l'étude de la synthèse d'oxydes mixtes en milieu confiné (i. E. Dans la porosité d’un support hôte). Des composés de type pérovskite (ABO3, avec A le lanthane et B un métal de transition) ont été préparés et dispersés sur différents supports siliciques de textures différentes. L'approche adoptée pour la synthèse, une méthode originale d'autocombustion développée dans le cadre du Doctorat, a permis d'obtenir des nanoparticules d'oxyde mixte de taille restreinte (< 4 nm), dispersées de manière homogène dans la porosité du support hôte. De telles tailles sont rarement rapportées pour des oxydes mixtes de ce type. Des tailles de domaine cristallin de l'ordre de 15-30 nm pour ce type d'oxyde mixte sont généralement observées. Bien que l'étude de l'activité de ces solides n'ait pas été abordée dans le cadre de ce travail, la mobilité de l'oxygène dans ces matériaux est largement supérieure à celle mesurée pour des pérovskites massiques ce qui montre clairement que ces nanocristaux se comportent différemment des cristaux massiques. Dans une deuxième partie, la synthèse, les propriétés texturales et structurales, ainsi que l'activité de nanocomposites SiO2 – TiO2 sont présentés. Par dépôt contrôlé d'un précurseur organique de titane, il est possible d'obtenir des nanocristaux d'anatase accessibles dans la porosité d'un support mésoporeux. Le mode de synthèse utilisé permet de déposer des quantités élevées d'oxyde de titane (jusqu’à 55 %pds), sans obstruer la porosité du support ni altérer les propriétés physiques du composite final qui présente toujours une surface spécifique élevée. Le maintien de propriétés attractives peut être attribué à la taille limitée des particules de titane générées, qui est généralement de l'ordre de 4 nm ou moins. Comme dans le cas de pérovskites, ces nanoparticules présentent une mobilité d'oxygène élevée, et des tests de réactivité ont montré que le contrôle de la taille de particule permettait une modulation de l'interaction métal – support (effet SMSI) lorsqu'un métal noble était déposé à sa surface. La dernière partie du Doctorat portait sur la synthèse d'alumine, une autre phase importante pour la catalyse hétérogène. Différentes voies de synthèses par mésostructuration ont été abordées, ce qui a permis de mettre en évidence l'intérêt de ces procédures pour l'obtention de solides présentant des surfaces spécifiques élevées et des tailles de pores élevées. Des résultats préliminaires ont aussi montré la flexibilité de ces voies de synthèse pour la fonctionnalisation de la surface de l'alumine (par incorporation d'un métal de transition ou d’un métal noble lors de la synthèse).

  • Titre traduit

    Optimization of the synthesis of high surface porous materials composed of simple oxides (SiO2, TiO2, Al2O3) and mixed oxides (perovskites), for applications in heterogeneous catalysis


  • Résumé

    First of all the study of the synthesis of mixed oxides of ABO, perovskite in the pores of a silica host is studied. A novel method of autoignition developed within the PhD has yielded mixed oxide nanoparticles of small size (<4 nm) homogeneously dispersed in the pores of the support while sizes of the order of 15-30 nm for this type of mixed oxide are generally observed. The mobility of oxygen in these materials is much higher than that measured for bulk perovskites. In second part, the synthesis, structural and textural properties, and the activity of SiO2-TiO2 nanocomposites are presented. Anatase nanocrystals of 4 nm or less, accessible in the pores of a mesoporous support are obtained. High amounts of titania were deposited without clogging the pores of the support or alter the physical properties of the final composite. These nanoparticles exhibit high oxygen mobility. Reactivity tests showed that control of particle size allowed to adjust the metal – support interaction (effect SMSI) where the noble metal was deposited on its surface. The last part of the PhD was on the synthesis of alumina by different routes of mesostructuration. The interest of these procedures of obtaining solids with high surface area and large pores has been shown. Preliminary results also showed the flexibility of these synthetic routes for the functionalization of the surface of alumina by incorporation of a noble metal of transition metal during synthesis

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Informations

  • Détails : 1 vol. (185 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 222 réf.

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