Description du sujet de thèse

Le travail de thèse aura pour objectif de mettre au point des catalyseurs métalliques aux propriétés optimisées permettant de concurrencer les systèmes commerciaux utilisés actuellement pour la réaction d’hydrogénation d’intérêt au sein d’Oril Industrie (Bolbec).
Le travail du doctorant consistera à préparer différentes séries de matériaux catalytiques à base de cuivre selon une stratégie rationalisée, de façon à pouvoir dégager des informations claires sur l’influence de chacun des paramètres principaux gouvernant la structure finale des catalyseurs sur leurs performances catalytiques. Les catalyseurs préparés seront ainsi testés systématiquement pour la réaction d’hydrogénation d’intérêt qui sera mise en œuvre au sein de l’équipe SAMCat, en se basant sur les conditions opératoires utilisées actuellement chez Oril Industrie.
La stratégie envisagée pour aborder cette étude est la suivante :
1. Synthétiser des catalyseurs monométalliques CuO/support en faisant varier la charge métallique dans l’optique d’optimiser l’état de dispersion de la phase CuO et maximiser sa surface accessible après réduction. Le support étudié dans un premier temps sera l’alumine Al2O3, puis le dioxyde de titane TiO2 capable de générer un bon degré d’interaction métal-support et donc de favoriser la stabilité des phases métalliques en phase liquide.
2. Modifier les catalyseurs CuO/support par l’ajout en quantité variable d’oxydes MOx afin de moduler la réductibilité de la phase CuO.
3. Comparer les catalyseurs bimétalliques CuO+MOx/support ainsi préparés à des systèmes binaires CuMOy/support synthétisés en une seule étape.
4. Modifier les catalyseurs monométalliques CuO/support par d’autres ajouts métalliques pour obtenir des systèmes bimétalliques Cu-X/support dans lesquels la réductibilité du cuivre serait accrue et ses propriétés géométriques/électroniques modifiées. Le deuxième métal X sera ajouté en petites quantité et sélectionné en fonction de ses capacités à activer l’hydrogène.

L’ensemble des outils expérimentaux de préparation, d’activation et de caractérisations des catalyseurs hétérogènes disponibles au sein de l’équipe SAMCat et de la plateforme de caractérisation PLATINA de l’IC2MP seront mis à disposition. Les catalyseurs seront caractérisés aux différentes étapes de leur synthèse. La réaction d’hydrogénation d’intérêt sera effectuée en réacteur batch sous pression d’hydrogène, avec un suivi au cours du temps par analyse chromatographique de la concentration en réactif et en produits formés (produit recherché et produits indésirés) qui permettra d’établir des profils cinétiques de la réaction. Les résultats obtenus permettront d’identifier rapidement les formulations les plus prometteuses, et d’apprécier les conditions d’hydrogénation les plus optimales pour maximiser le rendement en produit recherché.
Au cours de la thèse, les performances catalytiques des formulations jugées les plus prometteuses seront évaluées également au sein du pilote d’Oril Industrie, notamment par le doctorant qui pourra effectuer des séjours de courte durée sur le site de Bolbec (76).
L’étude menée au cours de cette thèse de 3 ans devra dégager une compréhension précise de la relation structure-réactivité des matériaux catalytiques, permettant de proposer une formulation optimisée des catalyseurs et des conditions d’hydrogénation (température/pression/durée de réaction) en vue d’une utilisation à l’échelle industrielle.

Contexte de travail

Contexte :
Le(la) doctorant(e) travaillera à Poitiers, au sein de l'Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP, UMR 7285 CNRS-Université de Poitiers https://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/) dans l'équipe SAMCAT. Cette équipe de recherche est spécialisée dans le développement de matériaux catalytiques et électrocatalytiques pour des applications dans les domaines de l'énergie, de l'environnement et de la chimie fine. Cet institut dispose de tous les moyens et outils analytiques nécessaires pour mener à bien cette étude relevant d'une collaboration avec l'entreprise ORIL Industrie à Bolbec (76).

Profil recherché :
Des compétences en synthèse et caractérisation de nanomatériaux catalytiques sont requises. Une expérience en catalyse hétérogène et en tests catalytiques en phase liquide serait un plus. Le(la) candidat(e) devra faire preuve de curiosité scientifique, d'initiative et d'une forte capacité à présenter et analyser les résultats à l'écrit et à l'oral sachant que cette thèse s'inscrit dans un projet de collaboration où des échanges réguliers sont prévus avec l'entreprise ORIL Industrie qui finance cette étude.