Preparation of manganese oxides by soft chemistry processes : applications to the catalytic combustion of dimethyl ether and evaluation of their electrochemical properties

by Guiqiang Diao

Doctoral thesis in [Surfaces, interfaces, matériaux fonctionnels]

Under the supervision of Jean-Yves Piquemal and François Chau.

defended on 2012

in Paris 7 and the jointly supervising institution Guangdong university of technology (Canton (Chine)) .


  • Abstract

    This study concerns the preparation, the characterization, the catalytic applications and the electrochemical properties of different manganese oxides. Several synthetic strategies were used : i) sol-gel process, ii) hydrothermal methods, iii) preparation methods under ultrasonic irradiation and iv) the polyol process. Highly pure birnessite and cryptomelane have been prepared by the sol-gel process and a plausible formation mechanism for the preparation of these solids is proposed. A fast preparation method for the cryptomelane under ultrasonic irradiation assistance (UL) was also developed. The catalytic activity of these solids was evaluated for the dimethylether (DME) combustion and compared to that of manganese oxides prepared using a facile hydrothermal method (HT) and with the ultrasonic assisted method. The catalytic activity is mainly dominated by the cristalline phase and the preparation method, which follows the order : cryptomelane (UL) > cryptomelane (HT) > cryptomelane (Sol-gel) > birnessite (Sol-gel) > β-MnO₂(HT) > γ-MnO₂ (HT). Moreover, the catalytic activity of birnessite and cryptomelane towards DME combustion can be enhanced through Ce incorporation via ion exchange and impregnation methods. Birnessite and LiMn₂ O₄ were also prepared using the polyol process. The two solids display high specific surface areas, respectively 137 and 329 m². G- ¹ with very small particle sizes. Preliminary electrochemical tests performed with LiMn₂O₄ show promising results.

  • Alternative Title

    Préparation d'oxydes de manganèse par des procédés de chimie douce : applications pour la combustion catalytique du diméthyléther et évaluation de leurs propriétés électrochimiques


  • Abstract

    Cette étude concerne la préparation, la caractérisation, les applications catalytiques et électrochimiques de plusieurs oxydes de manganèse. Différentes stratégies synthétiques ont été utilisées : i) le procédé sol-gel, ii) la voie hydrothermale, iii) les méthodes sous irradiation ultras-sons et iv) le procédé polyol. Les variétés birnessite et cryptomelane ont été préparées avec une grande pureté par le procédé sol-gel et un mécanisme de formation rendant compte de leur formation a été proposé. Une méthode de préparation rapide pour la cryptomelane sous irradiation ultra-sons (UL) a aussi été développée. L'activité catalytique de ces solides a été évaluée pour la combustion du diméthyléther (DME) et comparée à celle de catalyseurs préparés par la voie hydrothermale (HT) et la voie des ultra-sons. L'activité catalytique est principalement liée à la phase cristalline et à la méthode de préparation ; elle suit l'ordre : cryptomelane (UL) > cryptomelane (HT) > cryptomelane (Sol-gel) > birnessite (Sol-gel) > β-MnO₂ (HT) > γ-MnO₂(HT). Qui plus est, l'activité catalytique de la birnessite et de la cryptomelane pour la combustion du DME peut être améliorée via l'incorporation de Ce suivant les méthodes d'échange d'ion et d'imprégnation. Enfin, birnessite et LiMn₂O₄ ont aussi été préparés via la méthode polyol. Les deux solides présentent de hautes surfaces spécifiques, respectivement 137 et 329 m². G ⁻ ¹ avec de très petites tailles de particules. Des tests électrochimiques préliminaires ont été réalisés et montrent des résultats encourageants.

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Informations

  • Details : 1 vol. (145 p.)
  • Annexes : 346 réf.

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  • Library : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
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  • Odds : TS (2012) 177
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