Syntheses and characterizations of gold-based catalysts for NO direct decomposition

La décomposition directe du NO en N2 et O2 constitue la solution la plus intéressante pour éliminer les NOx. Cette réaction est thermodynamiquement possible, mais sa limite principale est sa cinétique très lente. À ce jour, aucun catalyseur approprié, dont l'activité reste élevée en dessous de 500 °C, n'a été trouvé. Cela est dû au fait que l'oxygène, contenu dans les charges ou produit durant la réaction, est en concurrence avec le NO pour les sites d'adsorption. Ce travail se focalise sur les synthèses et les caractérisations des particules à base d'Au sur alumine ou encapsulées dans la silicalite-1 ; et leurs performances catalytiques préliminaires pour la décomposition directe du NO. Des catalyseurs bimétalliques supportés sur alumine ont été préparés en utilisant des méthodes d'imprégnation par voie humide et par réaction redox de surface. En outre, les nanoparticules Au-Pt et Au-Ag ont été encapsulées dans de la silicalite-1 multi-creux en utilisant la méthode d'imprégnation par voie humide. Ces matériaux ont permis d'améliorer la dispersion des métaux. Des analyses de spectroscopies IRTF du CO adsorbé, MET et DRX ont été réalisées afin de mettre en évidence les aspects cruciaux de la dispersion des métaux et de la ségrégation de surface, et elles ont souligné les différents degrés d'alliage. La difficulté d'interprétation des spectres IR lors de l'adsorption du CO sur Au-Pt est soulignée, en raison de la restructuration du Au qui conduit à des bandes IR dans la même gamme de nombres d’onde associées avec les carbonyles de Pt. Ce travail montre qu'il est possible de différencier les nanoparticules Pt-Au présentant différents degrés d'alliage en mesurant la cinétique de désorption du CO (par analyse DRIFTS). Les catalyseurs Au-Pt ont montré une meilleure stabilité pour la décomposition directe du NO en l’absence d'O2 par rapport au catalyseur Pt/γ-Al2O3. Cependant, l’Au a diminué l’activité du Pt en réduisant sa concentration sur les sites de surface. Cependant, il a pu protéger une fraction des sites Pt contre l'empoisonnement par les atomes d’oxygène, ce qui a conduit à une plus grande stabilité du catalyseur. Ce projet a apporté des avancées scientifiques majeures dans la compréhension et la caractérisation des nanoparticules d'alliage et de leur activité pour la décomposition directe du NO.Direct decomposition of NO to N2 and O2 constitutes the most attractive solution to remove NOx. This reaction is thermodynamically possible, however, the main limitation of this reaction is the slow kinetics. To date, no suitable catalyst, of which the activity continues to be high below 500 °C, has been found. This is due to the fact that oxygen contained in the feed or produced during the reaction competes with NO for the adsorption sites. This work focuses on the syntheses and characterizations of Au-based particles over alumina or encapsulated in silicalite-1; and their preliminary catalytic performances for NO direct decomposition. Alumina supported bimetallic catalysts were prepared using wet impregnation and surface redox reaction methods. Besides, Au-Pt and Au-Ag nanoparticles were encapsulated in multi-hollow silicalite-1 using wetness impregnation method. These materials enabled improving the metal(s) dispersion. TEM, XRD and FTIR spectroscopy of adsorbed CO were conducted to give crucial aspects of metal dispersion and surface segregation and evidenced various extent of alloying. The difficulty in interpreting the IR spectra during CO adsorption over Au-Pt is underlined, because of Au restructuring that leads to bands in the same range associated with Pt carbonyls. This work shows that it is possible to differentiate Pt-Au nanoparticles exhibiting various extents of alloying by monitoring the kinetics of CO desorption using DRIFTS. Au-Pt catalysts showed better stability for NO direct decomposition in the absence of O2 compared to Pt/γ-Al2O3 catalyst. However, Au decreased the activity of Pt by reducing the concentration of Pt surface sites, but it was able to protect a fraction of Pt sites from getting poisoned by O, leading to a higher catalyst stability. This project brought major scientific advances in the understanding and characterizing of alloy nanoparticles and its activity for NO direct decomposition