Elaboration, étude des propriétés catalytiques et de conduction de tungstates (Sr,Ce)W04 : application à la conversion du méthane

Synthesis, catalytic and conduction properties studies of (Sr,Ce)WO4 : application to methane conversion

• Auteur / Autrice : Rafael Hernandez Damascena Dos Passos
• Direction : Christine Leroux, Carlson Pereira de Souza
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 06/12/2018
• Etablissement(s) : Toulon en cotutelle avec Universidade federal do Rio Grande do Norte (Natal, Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences (Toulon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Universidade federal do Rio Grande do Norte (Natal, Brésil)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Elson Longo da Silva
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Vanessa Coulet, César Augusto Moraes de Abreu, Sibele Berenice Castella Pergher, Madjid Arab
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elson Longo da Silva, Jean-Henry Ferrasse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génération d'hydrogène

Rayons X -- Diffraction

Scheelite

Catalyse

Tungstates

Mots clés libres

Tungstates

Phase incommensurable

Scheelite

Catalyse

Production d'hydrogène

Tungstates

Incommensurable phase

Scheelite

Catalysis

Hydrogen production

Résumé

Des tungstates (Ce,Sr)WO4 ont été élaborés par la méthode EDTA citrate. Pour la première fois, un tungstate ternaire de cérium et de strontium, de structure quadratique, a été synthétisé. Il s’agit d’une structure scheelite lacunaire en cations avec 35% de cérium et en substitution sur le site A de la scheelite ABO4, de formule chimique Sr1/2Ce5/14□1/7WO4. La caractérisation structurale avancée par diffraction de rayons X et microscopie électronique a montré que le groupe d’espace pertinent était I-4 et non pas I41/a , avec une contraction des paramètres de maille et une distorsion des polyèdres AO8. Des modulations incommensurables limitées à des nanodomaines de 10-20 nm, ainsi que d’une mise en ordre partielle des cations et lacunes ont été mis en évidence. L’efficacité catalytique de ce composé ternaire, pour la production d’hydrogène par conversion du méthane, a été mesurée et comparée à celles des tungstates binaires. L’oxydation partielle du méthane, menant à la production d’hydrogène, est réalisée pour une gamme de températures et de concentration en CH4. La conduction électrique dans ce nouveau composé, avec une faible énergie d’activation, favorise cette oxydation du méthane. Un prototype de réacteur membranaire a été conçu et réalisé.

(Ce,Sr)WO4 tungstates were synthezised using the EDTA citrate method. For the first time, a ternary tungstate with cerium and strontium was synthezised. The structure is a lacunar scheelite one, with as much as 35% cerium substituted on the A site of ABO4, leading to a formula Sr1/2Ce5/14□1/7WO4. Advanced structural characterization performed with X rays diffraction and high resolution electron microscopy showed a reduction in symetry, with a I-4 space group instead of I41/a, with smaller cell parametrs and AO8 polyhedra distortions. Incommensurate modulations of the structure were shown to be limited to nanodomains, 10-20 nm in size, and partial ordering of cations and vacancies were evidenced. The catalytic efficiency of the ternary compound for hydrogen production through methane conversion was investigated and compared to those of binary tungstates. Partial oxydation leading to hydrogen production is realised in a given temperature and CH4 concentration range. The electrical conduction of this new compound, with a weak activation energy, favors this partial oxydation. La conduction électrique dans ce nouveau composé, avec une faible énergie d’activation, favorise cette oxydation du méthane. A menbrane reactor prototyp was conceived and built.