Air pollution and decontamination in confined spaces by photocatalytic oxidation

The simultaneous oxidation of CO and acetone is studied on M/TiO2 composites under humid atmosphere. An important part of this work is devoted to the photocatalytic oxidation of CO and the results show that it is a photoactivated thermal reaction. Photo-generated electrons on TiO2 catalyze the reduction of oxygen, adsorbed on the metal, which lowers the reaction temperature of CO and O. Acetone is oxidized by OH• radicals and also by reduced oxygen. When both pollutants are simultaneously eliminated on M/TiO2, their respective oxidation rate is lowered by competition for the reduced oxygen atoms and, for CO, by poisoning of the metal surface by water produced by acetone oxidation. Alloys made of Pd and Pt are introduced. Water adsorption is suppressed on these alloys when CO is also present in the gas feed, under UV-A illumination. Reaction rates for CO and acetone oxidation remain high, even under high humidity on these PdPt/TiO2 catalysts. Alloying Pd and Pt causes a lowering of the d-band center, which modifies the adsorption properties of the PdPt particles, as show by extensive characterizations. The proximity of Pd and Pt atoms in the structure is a key element to this enhanced reactivity.Ce travail de thèse porte sur l'élimination simultanée du CO et de l'acétone en phase gazeuse, en atmosphère humide, par la photocatalyse d'oxydation sur des composites M/TiO2. L'oxydation photocatalytique du CO est étudiée en détail et il est montré que c'est une réaction de catalyse thermique photo-activée. Les électrons photogénérés sur TiO2 sous illumination catalysent la réduction de l'oxygène adsorbé sur les particules métalliques et abaissent la température de réaction du CO avec l'oxygène. L'acétone est oxydé par les radicaux OH• et par l'oxygène réduit. Lorsque les deux polluants sont éliminés simultanément sur M/TiO2, leurs taux de conversion respectifs sont diminués par une compétition pour un réactif : les oxygènes réduits. L'oxydation du CO est, de plus, ralentie par empoisonnement de la surface du métal par l'eau produite lors de l'élimination de l'acétone. Des alliages PdPt sont présentés, sur lesquels l'adsorption de l'eau est supprimée en présence de CO, sous illumination UV-A. Sur ces alliages déposés sur TiO2, les vitesses de réaction du CO et de l'acétone sont maintenues, même en présence d'une forte humidité grâce à cette propriété particulière des particules bi-métalliques PdPt. L'alliage des deux métaux éloigne le centre de la bande d du niveau de Fermi et modifie les propriétés d'adsorption des particules de PdPt, comme le montrent les caractérisations. La proximité des atomes de Pd au voisinage des atomes de Pt est essentielle pour obtenir une réactivité accrue