Catalytical reactions and environmental chemistry modifications as seen by synchrotron radiation NAP-XPS

par Anthony Boucly

Thèse de doctorat en Chimie physique et chimie analytique

Sous la direction de François Rochet.

Soutenue le 17-10-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie Physique - Matière et Rayonnement / LCPMR (laboratoire) .

Le président du jury était Virginie Marry.

Le jury était composé de Jean Daillant, Sophie Le Caer, Ahmed Naitabdi, Jean-Jacques Gallet.

Les rapporteurs étaient Markus Ammann, Joachim Shnadt.

  • Titre traduit

    Réaction catalytique et évolution d’environnements chimiques observés par NAP-XPS sur synchrotron


  • Résumé

    La NAP-XPS est un nouvel outil révolutionnaire permettant d'utiliser les avantages d'une analyse XPS (Sensibilité aux différents éléments chimiques ainsi que leurs états) à une pression proche de l'ambiante (de l'ordre du mbar) ouvrant ainsi la voie aux études in situ en se rapprochant des conditions réels et. Deux domaines profitent de cette nouvelle machine : la chimie environnementale et la catalyse. Dans le domaine de la chimie environnementale je m'intéresse à l'étude de l'hydratation des argiles dites gonflantes. J'ai ici démontré qu'il est effectivement possible de suivre l'hydratation des contre-ions en mettant en évidence différents comportement en fonction de leurs natures. De plus j'ai pu mettre en évidence un phénomène de radiolyse sous faisceau de la pyridine en présence d'eau dans ces milieux confinés. Concernant la catalyse, j'ai étudié l'oxydation du CO sur des nanocatalyseurs composés notamment de platine un excellent catalyseur, mais sensible aux problèmes d'empoisonnement au CO. Cette réaction est pour nous une réaction prototype permettant de tester le comportement des nanocatalyseurs (Pt, Zn et PtZn). J'ai pu déterminer la température de début de la réaction d'oxidation du CO, de plus en ajoutant du zinc au platine et pour former un nanocatalyseur bimétallique, j'ai démontré qu'on améliore sa résistance à l'oxidation et il montré que le zinc seul est lui aussi capable de catalyser l'oxidation du CO sous forme de création/destruction de carbonate.


  • Résumé

    The NAP-XPS is a revolutionary new tool that makes possible to use the advantages of a standard XPS analysis (sensitivity to the different chemical elements as well as their states) at a near-ambient pressure (mbar range) thus enabling in situ studies closer to real conditions. Two fields fully benefit from this new machine: environmental chemistry and catalysis. In our case for the field of environmental chemistry we are interested in studying the hydration of so-called swelling clays. I have here demonstrated that it is indeed possible to follow the hydration of counter-ions and highlighted different behavior according to their natures. Moreover, I have been able to demonstrate a beam induced pyridine photolysis phenomenon in the presence of water in these confined media. Concerning catalysis, I studied the oxidation of CO on nanocatalysts composed in particular of platinum an excellent catalyst but sensitive to the CO poisoning. This reaction is for us a prototypical reaction to test the behavior of Pt, Zn, PtZn nanocatalysts. Here, I have been able to determine the onset temperature of the CO oxidation reaction. Moreover, by adding zinc to platinum and forming a bimetallic nanocatalyst, I have improved its resistance to oxidation and proved that zinc alone is also capable of catalyzing the oxidation of CO in the form of creation / destruction of carbonate.


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