No description available.

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet CHEMLIVAL qui vise à valoriser la lignine en composés aromatiques fonctionnalisés (fonction : aldéhydes, acides carboxyliques, phénols) pour des applications en chimie fine ou polymères. Pour ce faire, nous avons étudié la valorisation de la lignine par voie d'oxydation catalytique hétérogène en milieu alcalin, une méthodologie respectueuse de l'environnement, pour la production de composés aromatiques telle que la vanilline ou la syringaldéhyde. Précédés par une caractérisation poussée des lignines utilisées dans cette étude, une optimisation des paramètres de la réaction (température, pression, catalyseurs…) ainsi que des suivis cinétique ont été réalisés. Ainsi des résultats comparables, voire supérieurs, à ceux décrits dans la littérature ont été obtenus. Ces travaux ont montré que la nature de la lignine ainsi que le procédé d'extraction lié à celle-ci avaient une grande influence sur les rendements en composés aromatiques. De plus, les résultats obtenus ont permis de proposer un schéma réactionnel d'oxydation de la lignine. L'utilisation d'un catalyseur (Pt/TiO2) a montré un effet bénéfique sur les rendements en composés aromatiques, probablement via un nouveau mécanisme d'oxydation de la lignine métallo-initié qui reste encore à élucider / This work is part of the CHEMLIVAL project aiming at the lignin valorization into functionalized aromatics compounds (functions : aldehydes, carboxylic acids, phenols) for fine chemistry or polymer applications. With this in mind, we studied lignin valorization through heterogeneous catalytic oxidation in alkaline media, an environmental friendly approach, for the production of aromatic compounds such as vanillin or syringaldehyde. After an extensive characterization of the different lignin samples used, we proceeded to an optimization of the conditions parameters (temperature, pressure, catalysts…) and kinetics study. As a results, yields similar or even higher than those reported in the literature were obtained. This work demonstrated that the lignin source as well as its extraction process has a great influence over the aromatic yields. Furthermore, the results acquired allowed us to propose a reaction scheme for lignin oxidation. The use of a catalyst (Pt/TiO2) was found to be beneficial for the production of aromatic compounds probably due to metallo-initiated mechanism that still needs to be identified

Cette thèse en partenariat avec Total Petrochemicals, porte sur deux grands axes: la préparation de nouveaux catalyseurs pour la polymérisation d'éthylène et l'analyse des propriétés des polyéthylènes obtenus. Face au grand nombre de combinaisons à tester et à la diversité de polymères produits, des méthodes de travail haut-débit sont indispensables pour la comparaison et la distinction de produits d'intérêt. Ainsi, le développement d'une nouvelle méthode de préparation de catalyseurs et de polymérisation en parallèle a permis de comparer directement et visuellement plusieurs complexes catalytiques suivant leur activité. Des méthodes d'analyse en parallèle ont également conduit à la comparaison de polyéthylènes produits suivant leur densité, leur température de fusion et leurs masses moléculaires. La détermination des masses moléculaires en parallèle a nécessité la conception d'un prototype de chromatographie planaire et le développement d'une nouvelle méthode d'analyse. L'ensemble de ces travaux en haut-débit a fourni un grand nombre d'informations. Le traitement statistique de cette banque de données permet d'apporter un outil de comparaison multi-paramètres et d'aide à la compréhension des relations catalyseur/propriétés de polymères. / This thesis in partnership with Petrochemicals Total, is composed of two main axis: preparation of new catalysts for ethylene polymerization and analysis of the properties of polyethylenes obtained. Face to a large number of combinations being tested and the diversity of produced polymer, high-throughput methods are essential for the comparison and the distinction of products of interest. Thus, the development of a new method for the preparation of catalysts and for polymerization in parallel leads to compare directly and visually several catalytic complexes according to their activity. Methods of analysis in parallel also led to the polyethylene comparison produced according to their density, melting point and molecular masses. The determination of the molecular masses in parallel required the design of a planar prototype of chromatography and the development of a new method of analysis. The whole of this work in highthroughput provided a large number of information. The statistical processing of this data bank brings a tool of multivariate comparison and helps to the comprehension of the relations catalyst/polymer properties.

No description available.

Ces travaux de thèse ont été développés dans un contexte de motivation générale de développement de modes de transport plus électrifiés et plus respectueux de l'environnement, dans le but de réduire considérablement les émissions de gaz à l'effet de serre. Plus particulièrement l'objectif de ce projet de thèse a été d'étudier la faisabilité d'un concept de génération d'hydrogène à bord, par déshydrogénation catalytique partielle (PDh) du carburant, permettent d'obtenir de l'hydrogène pour alimenter une pile à combustibles embarquée en replacement des unités de puissance auxiliaires. Dans un même temps le combustible qui n'est que partiellement déshydrogéné conserve ses propriétés et peut être réinjecté dans le pool de carburant. Cette thèse est divisée en deux grandes parties. Une première partie décrit les travaux de recherche sur la déshydrogénation partielle du kérosène pour la production d'hydrogène à bord d'un avion. Le choix du catalyseur est crucial, il doit permettre de produire de l'hydrogène de haute pureté sans compromettre les propriétés d'origine du kérosène. Des matériaux avancés, composés de métaux imprégnés sur des nouveaux supports ont été développés, caractérisés et évalués en tant que catalyseur dans la réaction de PDh. L'influence de la composition du catalyseur sur son activité, sélectivité et durée de vie ainsi que les mécanismes de désactivation ont été étudiés. Un matériau catalytique optimisé composé d'une phase active de 1% Pt - 1 % Sn (m/m) supporté sur une γ-alumine à porosité contrôlée, a permis une production d'hydrogène de 3500 NL•h-1•kgcat-1, avec une pureté de 97,6% vol. et un temps de vie de 79 h, ce qui correspond à une puissance électrique fournie par une pile à combustible de 3,5 kW.La deuxième partie du manuscrit décrit une étude sur le diesel et l'essence et sur la faisabilité de la génération d'hydrogène par PDh des carburants autres que le kérosène. Les résultats obtenus avec le même matériau sont encourageants et montre une application possible dans des domaines de transports autres que l'aviation. Les résultats les plus significatifs obtenus avec des substituts de gasoil et d'essence sont respectivement des valeurs de productivité d'hydrogène de 3500 et 1800 NL•h-1•kgcat-1 avec des temps de vie de 29 et 376 h et une pureté supérieur à 99 % vol. pour le deux. / This thesis work have been developed in the general context of the development of more electrified and environmentally friendly means of transport, in order to significantly reduce greenhouse gases emissions. More specifically, the objective of this thesis project was to study the feasibility of the concept of on-board hydrogen generation by catalytic partial dehydrogenation (PDh) of fuel. The hydrogen produced serves to power a fuel cell system that replaces vehicles auxiliary power units. At the same time the fuel, that is only partially dehydrogenated, maintains its properties and can be re-injected into the fuel pool.This thesis is divided into two main parts. The first part describes the research on the PDh of kerosene to produce hydrogen on-board an aircraft. The choice of the catalyst is crucial: it should allow to produce high purity hydrogen without compromising the original properties of kerosene. Advanced materials, composed by metals impregnated on different supports, have been developed, characterized and evaluated as a catalysts in the reaction of PDh. The influence of catalyst composition on the activity, selectivity and stability as well as the deactivation mechanisms were studied. One of the optimized catalytic materials, composed of a 1% Pt - Sn 1% (w/w) active phase supported on a γ-alumina with controlled porosity, allowed a hydrogen production of 3500 NL•h-1•kgcat-1, with a purity of 97.6% vol. and a lifetime of 79 h, which corresponds to 3.5 kW of electric power supplied by fuel cells.The second part of the manuscript describes a study on diesel and gasoline and asses the feasibility of hydrogen generation by PDh of fuels different from kerosene. The results obtained with the previously mentioned catalyst are encouraging and show the possibility of applying this concept to other fields of transportation beside the aviation. The most significant results obtained with gasoline and diesel surrogates are respectively a hydrogen productivity value of 3500 et 1800 NL•h-1•kgcat-1 with lifetimes of 29 and 376 h and a purity that exceeds 99% vol. in both cases.

Grâce à ses propriétés optiques originales, une NanoParticule d’Or (NPO) excitée peut se comporter comme une nano-source de lumière, de chaleur et d’électrons chauds. Ces propriétés plasmoniques remarquables sont exploitées dans de nombreuses transformations chimiques. Dans ce contexte, la photocatalyse plasmonique basée sur le transfert d’électrons entre une NPO et un semi-conducteur a été proposée. Cependant, peu d’études sont centrées sur l’influence du plasmon et la contribution respective de ses effets locaux (thermiques et électroniques) sur ce transfert utilisé en photocatalyse. Ici, nous abordons ces problématiques à travers 3 réactions catalytiques. Premièrement, nous montrons la faisabilité de l'oxydation efficace et sélective de glycérol sans aucune source externe de chaleur grâce à l’effet thermoplasmonique local de la NPO. Nous étudions ensuite la dégradation de bisphénol-A sur différents supports catalytiques. Nos résultats montrent que la NPO joue un rôle primordial à travers le transfert d’électrons mais aussi en tant que nano-source de chaleur permettant d’accélérer la cinétique et d’éliminer ainsi totalement et rapidement ce perturbateur endocrinien. Enfin, nous avons développé un montage optique pour étudier la dégradation de polluants à l'échelle nanométrique. Pour cela, nous avons réalisé un système hybride à base de NPOs couplées à un nanofilm de TiO2 par structuration laser. Nos travaux montrent que l’activité catalytique est corrélée aux dimensions structurales des NPOs. Ces résultats ouvrent la voie vers l'exploitation de nombreux processus industriels sous lumière solaire / The excitation of Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) of Gold NanoParticles (GNPs) can give many physical effects such as near-field enhancement, heat generation and hot electron injection, which have been investigated in many chemical transformations. In that context, the plasmonic photocatalysis based on electron transfer from GNP to a semi-conductor has been proposed. However, few studies are focused on the influence of LSPR features and the respective contribution of its local effects (thermal and electronic) on the photocatalytic activity. These issues are addressed herein through 3 catalytic reactions. First, the efficient and selective oxidation of glycerol in the presence of supported GNPs is demonstrated under laser irradiation and without any external source of heat, thanks to the local heat generation and hot electron transfer. The respective contributions of these effects is further investigated in plasmonic photocatalysis by following the degradation of Bisphenol-A. Our results show that GNP plays a major role through hot electron transfer but also as a nano-source of heat that accelerates the reaction and leads to a fast and total elimination of this endocrine disruptor. Finally, an optical set-up is developed for studying the plasmonic photocatalysis at the nanoscale. For this, a hybrid system of GNPs coupled to a TiO2 nanofilm is realized by laser nanostructuring. Our investigations show that photocatalytic activity is correlated to the LSPR (size and shape of GNPs, hot spots). These results open the way for exploiting valuable and industrial reactions under solar light

Previous studies have successfully used near and supercritical water (SCW) for cracking and desulfurization of heavy crude oil and bio-oil, suppressing coke formation as a low-value by-product. Some of these studies benefited from using zeolite catalysts to increase the activity and selectivity toward targeted products; however, in depth studies are required to identify the role of water on zeolite catalysis under supercritical condition. Using three common zeolites, ZSM-5, HY, and β for supercritical water cracking of dodecane at 400°C, 24±2 MPa (in a 100 ml batch reactor), we showed that ZSM-5 is the only catalyst that partially retains its crystalline structure and activity under hydrothermal conditions. Further characterization of the ZSM-5 (used under 50/50 wt% SCW/dodecane feed) revealed 95% decrease in Brønsted acid site (BAS) density and 80% decrease in microporous area after 2 h reaction time. However, compared to the runs where SCW was absent, the apparent dodecane cracking rate constant in SCW decreased only by a factor of 2.6. Examining catalytic activity of ZSM-5 degradation products and re-using ZSM-5 showed that the unexpected activity cannot be ascribed to ZSM-5 degradation products. Using a group-type model, we showed that SCW accelerated gas and suppressed coke formations. Additionally a coke gasification pathway was suggested to account for formation of CO and CO2 in the presence of SCW. Additional experiments with two different ZSM-5 particle sizes suggested that dodecane cracking reaction is diffusion-limited in the absence of SCW and reaction-limited in its presence. Zero length chromatography of calcined and hydrothermally treated ZSM-5 showed 10 times greater apparent diffusivity for un-treated catalyst. This, according to Weisz-Prater analysis, suggested a 250 times greater dodecane surface concentration in the absence of SCW. We successfully optimized the water content of feed (5-15 wt%) to decrease the destructive effects of SCW on the structure, increase the selectivity toward BTEX products and eliminate coke formation.

Research was curried out on the perovskite systems with general formula A1-xA‘xB1-yB‘yO3± (where A=La, Sm, A´=Ca, B´=Al, B=Co,Fe,Mn and Cr). Perovskite oxides were sythesized by polymerisation methods and characterised by RTG analysis, BET method, SEM and EDX. TPD spectra and catalyst testing were measured in high temperature plug flow reactor and products were analysed by mass spectrometry. It was found, that metane oxidation at ratio O2/CH40,5 depended on the temperature. Total oxidation proceeded at the temperature betwen 300-700oC to the carbon dioxide and water, while the partial oxidation of metane (POM) occured at above 700oC to the hydrogen and carbon oxid (syngas). This was ascribed by equilibrium of O2 betwen gas phase and solid perovskite. There was used 12 perovskite systems, which catalysed methane oxidation by the same way. Dry reforming of methane run above temperature 700oC. Cobaltite and ferite type perovskites were found as the most active catalytic systems. On the base of obtained results the Mars van Krevelen mechanism was established for explanation of oxidation and reformation of methane by perovskite systems. It was showed, that POM was running by two steps mechanism. Products of total oxidation was occured in the first step, which were passed over to the syngas (H2+CO) in the second step.

The thesis is focused on the investigation of fundamental catalytic properties of two model catalysts-CeOx/Cu(111) and CuOx/Cu(111)-by means of advanced surface science techniques. The investigations performed on CeOx are devoted to the study of the relationship between the surface structure and the surface activity of ceria. We develop the preparation method leading to growth of epitaxial CeOx(111) thin films with the adjustable morphological parameters-the step density and the ordering of surface oxygen vacancies. By using the CeOx(111) films with precisely controlled structure we identify the role of the step edges and of the oxygen vacancies in the interaction of water with ceria. The investigation performed on CuOx is focused on the microscopic characterization of the reduction process of Cu2O(111) on the molecular level directly under a near ambient pressure of CO. In direct microscopic study we identify the active initiation centers, the intermediate oxide phases, and the kinetics of the reduction reaction of Cu2O(111).

Catalysts based on cerium oxide are ubiquitous in industrial-scale chemical conversion. Here, a thorough study of their fundamental properties is undertaken via a model system ap- proach with the goal of furthering rational design in heterogeneous catalysis. A focus is put on understanding the behavior of oxygen vacancies in cerium oxide with respect to atomic co-ordination and electronic structure perturbations. Utilizing state-of-the-art probing tech- niques, a scalable model system framework is developed that allows for control over both the oxygen vacancy concentration and local co-ordination. High precision of the innova- tive approach facilitated observation of new phases of substoichiometric cerium oxide and lead to a first-of-a-kind investigation of the electronic structure of cerium oxide throughout isostructural transition from CeO2 to Ce2O3. The acquired results advance fundamental understanding of essential properties of cerium oxide that are relevant to its utilization in heterogeneous catalysis and open new pathways for functionalization of cerium oxide-based materials. Furthermore, the methodology developed in the thesis is transferable to other important reducible oxides. 1