Matériaux pour la catalyse : Décomposition par plasma froid des agents organiques stabilisant les colloïdes métalliques après adsorption sur un support oxyde

Axe 2 - Matériaux multifonctionnels et environnement

Post doctorat de Katherine LeiVa-Fonseca

Travaux menés depuis le 1er juillet 2018.

Laboratoires co-porteurs

• Laboratoire de Réactivité de Surface (LRS)
  Porteuse de projet : Catherine Louis
• Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques (LISE)
  Co-encadrant : Jérôme Pulpytel 

Mots clés

Préparations de catalyseurs, traitements plasma froid, agents stabilisants organiques, nanoparticules d’or, catalyse hétérogène.   

Présentation du projet

Le projet a pour but d’étudier les effets des conditions de traitement par plasma froid sur la décomposition de molécules organiques stabilisant des colloïdes métalliques adsorbés sur une poudre d’oxyde et les conséquences sur leurs propriétés catalytiques dans des réactions en phase gazeuse.

Les nanoparticules d'or supportées sur oxyde constituent des catalyseurs performants pour leur activité dans la réaction d’oxydation de CO et leur sélectivité dans les réactions d’hydrogénation sélective d’hydrocarbures de type diènes ou alcynes. En raison de la tendance à l'agrégation des particules d'or au cours de leur processus de synthèse par dépôt de précurseur métallique sur un oxyde métallique suivi d’un traitement thermique de réduction, il est difficile d’obtenir une distribution étroite de taille des particules d'or. L'adsorption d'or colloïdal préformées en solution avant le dépôt sur oxydes offre l’avantage d’une meilleure homogénéité de taille, de composition et de structure. Le problème est que les ligands organiques qui stabilisent les colloïdes peuvent entraver la réactivité catalytique, soit en gênant l’approche des molécules de réactif vers les sites actifs, soit en empoisonnant le catalyseur. Par conséquent, ces agents stabilisants doivent être éliminés avant la réaction en phase gazeuse. 

Le plus souvent, cela se fait par des traitements thermiques ; ils sont efficaces, mais préjudiciables à la taille des particules métalliques. Un traitement prometteur mais rarement appliqué aux catalyseurs est le plasma froid. Le plasma froid est une technique largement utilisée en science des surfaces pour le traitement des surfaces planes, mais difficile à transférer aux matériaux sous forme de poudre pour des raisons d’homogénéité du traitement puisque seule la partie superficielle de l’échantillon exposé au plasma peut être traitée. 

Pour surmonter ce problème, un nouveau dispositif, spécialement conçu à cet effet, sera utilisé. Les différents paramètres du traitement plasma tels que type de réacteur, flux gazeux et composition, puissance fournie au plasma, durée du traitement, masse et granulométrie de la poudre seront étudiés. La décomposition des agents organiques sera suivie in situ par spectroscopie d’émission et complétée par des analyses DRIFTS et ATD-ATG ex situ. 

Le projet se propose donc d’une part, d’essayer de lever le verrou de l’homogénéité du traitement plasma d’une poudre, d’autre part, d’étudier les différents paramètres de mise en œuvre du plasma. Ce projet est un enjeu important pour le domaine de la catalyse, à savoir si un traitement plasma peut permettre de compléter des préparations de catalyseurs basées sur le dépôt de colloïdes (bi)métalliques et contrôler la taille des NPs sans exposer l'échantillon à une température élevée.