Description du sujet de thèse

Les matériaux catalytiques hautement sélectifs sont essentiels pour accroître l'économie d'atomes et réduire l'empreinte carbone des processus industriels en vue d'une chimie plus verte. En outre, la substitution des métaux critiques (à savoir les métaux nobles) est une question scientifique, environnementale et géopolitique essentielle pour la mise en œuvre de ces processus plus écologiques. Les catalyseurs à base de Pd, par exemple, sont les systèmes les plus efficaces pour les réactions industrielles de semi-hydrogénation. Cependant, le Pd est un métal noble dont les ressources sont limitées (0,015 ppm dans la croûte terrestre) et sa production est concentrée dans un petit nombre de pays (Russie et Afrique du Sud), ce qui entraîne une fluctuation des prix et des préoccupations géopolitiques (le Pd figure sur la liste des matières premières critiques de l'UE).
Les catalyseurs à base de carbure ou de nitrure de métaux de transition (TMC ou TMN) (c'est-à-dire MoC, WC, MoN...) sont des alternatives attrayantes en raison de leur fonctionnalité métallique à partir de métaux (de base) facilement disponibles.
L'objectif principal du projet est de concevoir des nanocatalyseurs innovants à base de carbure et de nitrure avec des propriétés optimisées pour la catalyse hétérogène. La voie de synthèse impliquera des procédures simples et non toxiques afin de développer des alternatives aux métaux critiques qui soient respectueuses de l'environnement, rentables et abondantes sur terre. Des caractérisations approfondies ainsi que des tests de réactivité seront effectués afin de dériver des relations structure/activité.

Contexte de travail

Conception et caractérisation de catalyseurs. Synthèse de nouveaux catalyseurs carbure/nitrure afin d'ajuster la sélectivité de l'hydrogénation. Des méthodes classiques et robustes programmées en fonction de la température seront utilisées ainsi que des voies plus originales et plus difficiles par le biais de méthodes de type sol-gel.
Diverses techniques de caractérisation avancées seront utilisées tout au long de la synthèse (XRD, TEM, XPS...) avec une part importante de méthodes de caractérisation basées sur le synchrotron (XAS).
Réactions catalytiques. Les matériaux TMC/TMN préparés seront testés dans diverses réactions, y compris l'hydrogénation sélective de l'acétylène ou du butadiène dans un excès d'alcènes imitant le processus de purification des flux d'alcènes (éthylène ou butène).

Ce projet fait partie d'un projet plus large financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) en collaboration avec des groupes de Lyon (IRCELyon) et de Grenoble (Institut Néel).