Rôle de l'analyse thermique et calorimétrie dans l'étude des surfaces de catalyseurs et des procédés catalytiques

SSCI-VIDE+ATARI+AAUNational audienceDans le cas des systèmes hétérogènes gaz-solide une réaction catalytique se déroule selon les étapes suivantes: adsorption des réactifs à la surface du catalyseur, réaction sur la surface et désorption des produits de la surface. Ces trois étapes impliquent les sites actifs de surface, dont les propriétés réd-ox ou acido-basiques sont les facteurs déterminant l’activité catalytique et les applications industrielles. La microcalorimétrie d’adsorption est un outil puissant pour caractériser la distribution énergétique des sites de surface en fonction du recouvrement et fournir une description thermodynamique des phénomènes à l’interface gaz-solide ou des réactions de surface [1-3]. Les mesures calorimétriques permettent aussi le contrôle des phénomènes d’adsorption ou de réaction à l’interface solide-liquide (dans un solvant) en particulier pour les réactions dérivant de la biomasse.Les techniques calorimétriques font partie des méthodes prometteuses pour évaluer et optimiser les propriétés acido-basiques des catalyseurs utilisés dans la transformation de la biomasse comme la synthèse d’alcools de Guerbet ou la conversion du glycérol. Récemment les saccharides ont capté l’attention en tant que substituts des énergies fossiles.et leur conversion en produits chimiques attractifs. Le rôle clé de l’acidité de surface dans les procédés catalytiques propres pour la production de 5-HMF a été étudiée par calorimétrie d’adsorption et reliée à la déshydration en phase aqueuse du fructose ou la conversion de la cellobiose sur des zircones tungstées ou autres oxydes mixtes.Enfin la conversion d’un mélange d’alcools biosourcés (méthanol+ éthanol) en acroléine a été reliée à l’acido-basicité de surfaces de catalyseurs acides, basiques ou amphotères. L’analyse des résultats obtenus montre bien l’importance des techniques calorimétriques dans le domaine des énergies propres et renouvelables.Références:[1] A. Auroux Ed., Springer Series in Materials Science (2013). Calorimetry and thermal methods in catalysis, Vol 154, 561pp.[2] D. Stosic, S. Bennici, V. Pavlovic, V. Rakic, A. Auroux (2014). Tuning the acidity of niobia : Characterization and catalytic activity of Nb2O5-MeO2 (Me=Ti, Zr , Ce) mesoporous mixed oxides, Materials Chemistry and Physics,146, 337-345.[3] A. Lilić, S. Bennici, J-F Devaux, J-L Dubois, A. Auroux, (2017). Influence of catalyst acid/base properties in acrolein production by oxidative coupling of methanol and ethanol, accepted in ChemSusChem