Synthèses assistées par micro-ondes et lumière de nano-hétérostructures oxyde-métal pour des applications en photocatalyse et catalyse

Axe 2 - Matériaux multifonctionnels et environnement

Thèse de Lionel Tinat

Projet commencé le 1er septembre 2016.

Soutenance de thèse le 12 juillet 2019 - 14h
Amphi 24 - Campus Pierre et Marie Curie

Laboratoires co-porteurs

• Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP)
  Porteur de projet : Olivier Durupthy
• Laboratoire de Réactivité de Surface (LRS)
  Co-encadrant : Laurent Delannoy

Mots clés

Synthèses assistées par micro-ondes - nanoparticules d’oxydes - étude in situ - hétérostructures or/oxyde - oxydation de CO

Projet de recherche

Dans ces travaux de thèse, nous avons utilisé des stimuli originaux, les micro-ondes et la lumière, pour l’élaboration d’hétérostructures or/oxyde en solution aqueuse. Dans la première partie de ce travail, nous avons synthétisé des nanoparticules de supports oxydes (CeO2, TiO2 et SnO2) de tailles et de morphologies contrôlées. Des particules isotropes et des nano-bâtonnets de CeO2 ont été obtenues. Des nanoparticules d’anatase et de rutile, avec des morphologies variées, exposant différentes faces cristallines, ont également été synthétisées. Des synthèses simples, dans l’eau, ont permis de préparer des nanoparticules isotropes de SnO2 tandis que l’utilisation d’un milieu acide promeut l’obtention de particules allongées. Pour élucider la différence de mécanismes, une étude in situ combinant la diffusion et la spectroscopie d’absorption X, au sein d’un four à micro-ondes, a permis de dresser un tableau d’ensemble des mécanismes de formation des nanoparticules de SnO2 en solution aqueuse. Un protocole de synthèse en flux continu de SnO2 a également développé permettant la production significative de matériaux. Finalement, en utilisant la diversité des morphologies de TiO2 obtenues, nous avons réalisé la préparation de catalyseurs Au/TiO2 pour l’oxydation de CO par deux méthodes : le dépôt-précipitation à l’urée (DPU) et le photo-dépôt. Le DPU a permis d’obtenir des catalyseurs présentant des performances comparables à leurs homologues préparés sur TiO2 commerciaux et de mettre en évidence un effet potentiel des faces cristallines du support. La méthode par photo-dépôt a également permis de préparer des nanoparticules d’or de tailles comparables à la méthode DPU. Des conclusions préliminaires, sur le mécanisme intervenant lors de ce photo-dépôt, ont finalement été proposées.

Figure 1 : Schéma de principe du procédé de synthèse assistée par micro-ondes et lumière de nano-heterostructures or/oxyde.

Publications

• Clément Larquet, Anh-Minh Nguyen, Mario Ávila-Gutiérrez, Lionel Tinat, Benedikt Lassalle-Kaiser et al. 
  Synthesis of Ce 2 O 2 S and Gd 2(1– y ) Ce 2 y O 2 S Nanoparticles and Reactivity from in Situ X-ray Absorption Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy
  Inorganic Chemistry, American Chemical Society, 2017,
  DOI : 10.1021/acs.inorgchem.7b02336
  Ref Hal : hal-01635618v1
• Ben Moussa, O.; Tinat, L.; Jin, X.; Baaziz, W.; Durupthy, O.; Sayag, C.; Blanchard, J.
  Heteroaggregation and Selective Deposition for the Fine Design of Nanoarchitectured Bifunctional Catalysts: Application to Hydroisomerization.
  ACS Catal. 2018, 8, 6071–6078
  DOI : 10.1021/acscatal.8b01461

Interventions et séminaires

• Participation à l’école d’été de spectroscopie d’absorption X
  Université de Montpellier
  6 - 9 juin 2017
• Présentation d’un poster intitulé « Design of gold-oxide nano-heterostructures using microwave and UV irradiations : applications in catalysis and photocatalysis » à l’école thématique C’Nano
  Etiolles
  25 - 30 juin 2017
• Oral à l’International Symposium on Inorganic and Environmental Materials (ISIEM 2018) intitulé « Microwave continuous flow syntheses of nanomaterials for catalytic applications »
  Université de Gand, Belgique
  17 au 21 juin 2018
• Participation en tant qu’organisateur volontaire au congrès GOLD 2018
  Sorbonne Université, Paris
  15 - 18 juillet 2018
• Oral lors de la journée du LABEX Matisse sur « Microwave continuous flow syntheses of nanomaterials for catalytic applications »
  Sorbonne Université, Paris
  26 septembre 2018
• Oral à Matériaux 2018 dans le colloque « Nanomatériaux, nanostructures et intégration dans les microsystèmes »
  Strasbourg Convention centre, Strasbourg
  19 - 23 novembre 2018
• Présentation aux journées de l’école doctorale ED397 d’un oral et d’un poster « Microwave continuous flow syntheses of nanomaterials for catalytic applications »
  Sorbonne Université, Paris
  13 décembre 2018