Réactions sonocatalytique et photocatalytique en présence de nanocatalyseurs innovants pour l'énergie et l'environnement

par Sara El Hakim

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Serguei Nikitenko.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Les procédés catalytiques jouent un rôle clé dans la production d'hydrogène à partir de sources renouvelables et l'assainissement des eaux usées. Cependant, le développement de catalyseurs à prix abordable, stables et non toxiques reste toujours un défi. Récemment, il a été trouvé que les nanoparticules cœur-coquille Ti@TiO2, sans métal noble, montrent une activité photocatalytique élevée dans le processus de production d'hydrogène à partir de solutions aqueuses de méthanol avec un fort effet photothermique. Toutefois, les propriétés catalytiques de ce nouveau matériau prometteur ne sont pas suffisamment étudiées. Ce projet de thèse porte donc sur l'étude de l'activité photocatalytique et sonocatalytique de nanoparticules Ti@TiO2 en solutions aqueuses. Au cours de la première étape, les nanoparticules Ti@TiO2 seront préparées et caractérisées en utilisant le MET-HR couplé à l'EDX, la DRX, l'XPS et la spectroscopie UV/vis ainsi que d'autres techniques d'analyse. Ensuite, la production d'hydrogène par voie photocatalytique sera étudiée avec les nanoparticules Ti@TiO2 sous lumière vis-NIR en solutions aqueuses désoxygénées en présence de différents réactifs organiques sacrificiels (glycérol, alcools, acides carboxyliques etc.). Sous oxygène, la photocatalyse en présence des nanoparticules Ti@TiO2 sera utilisée pour la dégradation des polluants organiques dans l'eau. La production d'hydrogène et la décontamination de l'eau en présence de Ti@TiO2 seront également étudiées sous l'effet des ultrasons de puissance. Des recherches récentes ont révélé l'effet synergique des nanocatalyseurs platinés et des ultrasons dans les réactions d'oxydation des acides carboxyliques. En revanche, les réactions sonocatalytiques de Ti@TiO2 n'ont pas été suffisamment étudiées. La comparaison de l'activité photocatalytique et sonocatalytique permettra de mieux comprendre les mécanismes réactionnels et permettra la sélection des conditions optimales pour obtenir une efficacité maximale pour les processus d'intérêt. Cette étude sera effectuée en collaboration entre l'Institut de Chimie Séparative de Marcoule, ICSM, Centre de Marcoule, Bat. 426, BP 17171, 30207 Bagnols sur Cèze, France (http://www.icsm.fr/icsm_engl/lsfc_en.html) et l'Université de Melbourne, Australie (http://sono.chemistry.unimelb.edu.au/). Le programme de doctorat de trois ans débutera en octobre 2018. Le directeur de thèse est Dr. Nikitenko Sergey (serguei.nikitenko@cea.fr; Téléphone : + 33 466339251).

  • Titre traduit

    Sonocatalytic and photocatalytic reactions with innovative nanocatalysts for energy and environment


  • Résumé

    Catalytic processes play a key role in production of hydrogen from renewable sources and water remediation. However, the development of cheap, stable and nontoxic catalysts is still a challenge. Recently it was found that noble metal-free core-shell nanoparticles Ti@TiO2 exhibit high photocatalytic activity in the process of hydrogen production from aqueous solutions of methanol. Moreover, Ti@TiO2 catalyst shows strong photothermal effect. However, the catalytic properties of this new promising material are poorly studied. Proposed PhD thesis focuses on the study of photocatalytic and sonocatalytic activity of Ti@TiO2 nanoparticles in aqueous solutions. At the first stage, Ti@TiO2 nanoparticles will be prepared and characterized using HRTEM/EDX, XRD, XPS, UV/vis-spectroscopy and other analytical techniques. Then photocatalytic hydrogen production over Ti@TiO2 particles will be studied in deoxygenated aqueous solutions of different organic sacrificial reagents (glycerol, alcohols, carboxylic acids etc.) under the vis-NIR light. In the presence of oxygen, photocatalysis over Ti@TiO2 particles will be used for the degradation of organic pollutants in water. Hydrogen production and water decontamination in the presence of Ti@TiO2 also will be studied under the effect of power ultrasound. Recent research revealed the synergetic effect of platinized nanocatalysts and ultrasound in the reactions of oxidation of carboxylic acids. By contrast, sonocatalytic reactions of Ti@TiO2 have not been extensively studied yet. Comparison of photocatalytic and sonocatalytic activity will provide better understanding of the reaction mechanisms and will allow the selection of optimal conditions to achieve maximal efficiency for the processes of interest. This PhD thesis will be performed in collaboration between The Institute for Separation Chemistry in Marcoule, ICSM, Centre de Marcoule, Bat. 426, BP 17171, 30207 Bagnols sur Cèze, France (http://www.icsm.fr/icsm_engl/lsfc_en.html) and The University of Melbourne, Australia (http://sono.chemistry.unimelb.edu.au/). The three-year PhD program will be started in October 2018. The PhD supervisor is Dr. Nikitenko Sergey (serguei.nikitenko@cea.fr; Phone: +33 466339251).