Caractérisations physico-chimiques de catalyseurs de post-combustion automobile de type trois-voies

par Eric Rogemond

Thèse de doctorat en Sciences. Chimie physique

Sous la direction de Michel Primet et de Vincent Perrichon.

Soutenue en 1996

à Lyon 1 .

Le président du jury était Michel Primet.

Le jury était composé de Vincent Perrichon.

mots clés

• Automobiles -- Convertisseurs catalytiques
• Automobiles -- Moteurs -- Échappement -- Déchets -- Élimination
• Catalyseurs à base de métaux du groupe du platine
• Oxydes de cérium
• Suspensions (chimie)
• Catalyseurs -- Détérioration

Résumé

L'objectif de ce travail etait de developper des methodes de caracterisation physico-chimique des catalyseurs trois-voies (pt-rh/ceo#2 al#2o#3 + ba, la), afin de mieux connaitre l'etat de la surface active du catalyseur ainsi que son evolution en cours de vieillissement. Compte tenu de la complexite de la formulation des catalyseurs industriels, une partie de l'etude a consiste a preparer et caracteriser des solides modeles de complexite croissante, pouvant representer les systemes reels a l'etat neuf ou vieilli. Apres une description d'ensemble du solide (xps, drx et bet), nous avons mis au point une methodologie capable de determiner: i) les surfaces accessibles d'alumine (spectroscopie infrarouge de co#2 adsorbe) et de cerine (rtp, xps), ii) l'aire metallique (chimisorption d'hydrogene, test de deshydrogenation du cyclohexane et spectroscopie infrarouge de co adsorbe), iii) la composition superficielle en platine et rhodium (spectroscopie infrarouge de no et co associee a la chimisorption d'hydrogene). Les solides neufs (modeles et industriels) ont des surfaces de cerine relativement importantes ( 80 m#2/g). L'accessibilite de la phase metallique est maximale apres reduction a 300c. La dispersion est comprise entre 35 et 80% en fonction des solides et le platine est separe du rhodium. Par contre, les catalyseurs industriels, etudies a differents stades de vieillissement (laboratoire et banc moteur) possedent une faible surface metallique accessible (< 3%) alors qu'ils conservent un niveau d'activite eleve. Par ailleurs, la surface de cerine est moins affectee que celle de la phase metallique. Les resultats ont mis en evidence une correlation entre l'activite catalytique et cette surface en cerine signifiant ainsi que les atomes d'oxygene reductibles de la cerine interviennent dans les mecanismes reactionnels. Nous proposons donc, sur les solides neufs, que les sites actifs sont constitues de sites metalliques reduits en interaction avec la cerine completement oxydee ou partiellement reduite. Cet ensemble constitue un systeme redox propre a favoriser les processus catalytiques. Dans le cas des catalyseurs vieillis, les metaux sont peu accessibles ; un recouvrement des particules metalliques par de la cerine plus ou moins reduite pourrait conduire a de nouveaux sites actifs en catalyse trois voies

Titre traduit

Physico-chemical characterization of three-way automotive catalysts

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