Étude de la réaction d’hydrogénation du CO sur des catalyseurs à base de cobalt supporté par DRIFTS operando

par Anaëlle Paredes-Nunez

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Frédéric Meunier et de Nolven Guilhaume.

Soutenue le 25-10-2016

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône) (laboratoire) et de Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Pascal Fongarland.

Le jury était composé de Andrei Khodakov.

Les rapporteurs étaient Florence Epron, Frédéric Thibault-Starzyk.


  • Résumé

    Notre dépendance à l'égard des combustibles fossiles et la diminution des ressources pétrolières nous imposent la recherche de sources renouvelables d'énergie et de produits chimiques. La synthèse Fischer-Tropsch permet de répondre à la demande en carburants propres et renouvelables grâce à l'utilisation de gaz de synthèse issu de la biomasse. L'objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension du mécanisme de l'hydrogénation du CO sur des catalyseurs au cobalt et à l'identification du site actif par des études spectroscopiques DRIFTS operando. Ce système permet d'observer les différentes espèces adsorbées à la surface du catalyseur pendant la réaction : CO pontés et linéaires, formiates, carboxylates et hydrocarbures. Nos travaux ont montré qu'une fraction des formiates dits « rapides» peut expliquer la formation du méthanol dans nos conditions de réaction. L'ajout dans le mélange H2+CO d'un élément minéral typique de la biomasse, le chlore sous forme de trichloréthylène, a révélé que, l'activité diminuait. La bande des CO pontés étant la plus impactée et se déplaçant vers les hauts nombres d'onde, l'effet du chlore a été notamment associé à un effet électronique sur le cobalt. L'adsorption du chlore étant réversible, nous avons également étudié l'effet de l'étain. Ce métal n'adsorbe pas le CO dans nos conditions et peut s'adsorber à la surface du cobalt. L'étain empoisonne sélectivement la formation des CO pontés et limite fortement la chimisorption de l'hydrogène. Une relation linéaire entre la vitesse de formation des produits et la proportion de CO pontés est observée, révélant l'importance des CO pontés pour la réaction d'hydrogénation du CO

  • Titre traduit

    Study of CO hydrogenation reaction on supported cobalt catalysts by operando DRIFTS


  • Résumé

    Our dependence on fossil fuels and the decrease of oil resources warrant the search for renewable energy sources and chemicals. Fischer-Tropsch synthesis enables meeting the requirements for cleaner and renewable fuels through the use of syngas obtained from biomass.The objective of this work was to contribute to the understanding of the mechanism of CO hydrogenation on cobalt-based catalysts and the identification of the active site by operando DRIFT spectroscopy. Different species were adsorbed on the surface of the catalyst under reaction conditions: bridged and linear CO, formates, carboxylates and hydrocarbons. Our resutls shows that so-called “fast formate” can account for the formation of methanol under our reaction conditions. The study of a typical biomass element, chlorine, revealed that the activity decreased under trichloroethylene,. The CO bridged band being the most affected band and shifting to higher wavenumber, the chlorine effect was partly associated with an electronic effect on cobalt. Chlorine adsorption being reversible, tin poisoning was also studied. This metal does not adsorb CO under our conditions. Tin addition to cobalt selectively poisons bridged CO and greatly limits the chemisorption of hydrogen. A linear relationship between the rate of formation of products and the proportion of CO bridged is observed, highlighting the importance of CO bridged

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