Cette thèse a pour objectif d’étudier la faisabilité du couplage d’un NOxTrap et d’un catalyseur SCR. L’efficacité du système fonctionnant en régime séquentiel nécessite d’optimiser la formation de NH3 au cours de la purge du NOxTrap. L’impact de Rh sur la formation de NH3 et sur l’efficacité globale du système a été étudié. Une évaluation sur banc moteur en conditions réelles a montré qu’il est possible de former NH3 au cours de la purge grâce à l’injection d’un reformat. NH3 formé peut être stocké sur un catalyseur SCR placé en aval pour réduire les NOx lors du basculement en phase pauvre. L’efficacité de ce système dépend de la durée de la purge, de la température, de la quantité de NH3 formée au cours de la purge et de la capacité de stockage du catalyseur SCR. L’étude comparative de deux systèmes en présence et en absence de Rh permet de mieux cerner le rôle de Rh. Les phénomènes observés sur banc moteur ont pu être reproduits en micro-réacteur où les observations par spectroscopie IR in situ ont pu être corrélées aux mesures d’activité en conversion des NOx. Nous avons pu observer la formation de nitrates et de nitrites sur Al2O3 et sur Ba au cours du stockage. Lorsque la durée de la purge est longue, leur réactivité au cours de la purge suit un processus en deux étapes. La sélectivité en N2, N2O et NH3 dépend de la quantité et de la nature du réducteur. H2 est le meilleur réducteur notamment à basse température avec une très bonne sélectivité en NH3. En revanche, la présence de CO inhibe le stockage et la réduction des NOx à basse température. Au-delà de 250°C, la formation d’isocyanates intervient sur Al2O3 et BaO pouvant produire par hydrolyse de l’ammoniac. / This thesis aims to investigate the feasibility of coupling a NOxTrap with a SCR catalyst. The efficiency of such a system running in sequential conditions depends on the extent of NH3 formed during the purge of the NOxTrap. The impact of Rh for further optimization has been investigated. An evaluation in real exhaust conditions on a driving bench showed that it is only possible to form NH3 during the purge of a NOxTrap by injecting extra reducing agent via a reformate mainly composed of CO and H2. Once formed NH3 can be stored on the SCR catalyst placed downstream and then react with NOx when the catalyst is exposed in lean conditions during the storage phase. The efficiency of this system depends not only on the purge duration and but also on the temperature. In fact, the performance of this system is linked to the quantity of NH3 formed during the purge of a NOxTrap and the NH3 storage capacity of the SCR catalyst. Similar trends were observed on a micro-reactor at the lab-scale. Further IR operando study showed that nitrates and nitrites are stored on alumina and mostly on barium oxide during the storage phase. Their ability to react during the purge follows a process in two stages when the purge duration is long enough. The selectivity in N2, N2O and NH3 depends on the quantity and on the nature of the reducing agents. H2 is probably the best one with a high efficiency in NOx reduction even at low temperature providing selectivity enhancement in NH3. However, the presence of CO was found to inhibit the storage and the reduction of NOx at low temperature. Above 250°C the formation of isocyanates on Al2O3 and BaO takes place and would produce NH3 via hydrolysis.

Des complexes cationiques à base de cuivre (I) et (II) ont été appliqués comme catalyseurs pour des réactions d’hydroamination inter- et intramoléculaire des alcènes non-activés. Les investigations mécanistiques ont montré la génération, au cours de la réaction, d’un acide de Brønstedt qui semble être le principal catalyseur responsable de l’activité catalytique observée. L’hydroamination et la di-hydroamination intermoléculaire des alcènes activés ont pu être réalisées grâce à l’emploi de complexes d’or (I). Cependant, selon la nucléophilie et l’encombrement stérique de l’amine utilisée, il a pu être démontré que ces réactions d’hydroamination des alcènes activés pouvaient s’effectuer sans catalyseur. L’hydroamination intramoléculaire asymétrique des allènes et des alcènes non-activés a également pu être accomplie grâce à des complexes d’or (I) cationiques. Si les alcènes demeurent des substrats difficiles, de bonnes énantiosélectivités ont été obtenues pour l’hydroamination intramoléculaire des allènes. / Cationic copper (I) and (II) complexes were applied for the catalysis of inter- and intramolecular hydroamination of alkenes. Mechanistic investigations demonstrated that the catalytic system generated a Brønsted acid, which appeared to be the prominent catalytic species. Cationic gold (I) complexes were found to be active for the mono- and di-hydroamination of activated alkenes, in spite of the discovery of a catalyst free hydroamination reaction, which depend on the strength and steric hindrance of the nitrogen nucleophile. Moreover, asymmetric intramolecular hydroamination of allenes and unactivated alkenes could be performed due to cationic gold (I) complexes. If the stereoselective hydroamination of alkenes remain difficult, good enantioselectivities were obtained for the intermolecular hydroamination of allenes.

La synthèse par combustion est un procédé simple et économique qui se base sur une réaction d’oxydoréduction entre un combustible (glycine) et un comburant (nitrates). La synthèse d’une série d’oxydes LaMnO3+δ purs a été optimisée en faisant varier le rapport glycine/nitrate=r de 0,43 à 0,8.Les surfaces spécifiques obtenues varient de 18 à 37 m²/g. Différentes espèces O2 désorbent des solides LMr : celles faiblement liées à la surface (α1-O2) et celles associées au réseau α2-O2 et β-O2 dont la désorption s’accompagne respectivement de la réduction de Mn4+ en Mn3+ et de Mn3+ en Mn2+. Les mélanges riches en glycine (r>0,53) améliorent la surface spécifique et la mobilité des espèces α2-O2 ce qui favorise une activité catalytique importante dans l’oxydation totale de CH4. Le solide obtenu avec un rapport stœchiométrique (r=0,53) est le plus stable thermiquement. La synthèse par combustion s’est avérée aussi efficace pour l’obtention des oxydes LaMn1-yAlyO3+δ (0≤y≤ 1). La substitution progressive de Mn par Al dans le sous réseau B de la structure type-pérovskite améliore la mobilité d’espèces α2-O2 dans le réseau. Le catalyseur le plus actif est obtenu pour y=0,1 en raison de sa surface spécifique et sa concentration superficielle en Mn les plus élevées. Le procédé par combustion a été aussi mis à profit pour préparer des solides type-pérovskite La1-xLnxMnO3+δ (Ln : Pr ;Eu, 0≤x≤1) substitués dans le sous réseau A. La mobilité de l’oxygène α2-O2 est améliorée par cette substitution particulièrement avec l’europium comme substituant. Un taux de substitution de 20% s’est avéré optimum pour l’activité catalytique dans l’oxydation du méthane. / Combustion synthesis is a simple and safe-time process. It is based on redox reaction between fuel ( glycine) and oxidant agent (nitrates). A series of nanocristalline powders LaMnO3+δ were successfully obtained by varying glycine/nitrate ratio (r) from 0.43 to 0.8. The obtained specific areas range in 18-37 m²/g. Different desorbed oxygen species from these solids were identified: those weakly adsorbed to the surface (α1-O2) and those diffusing from the bulk (α2-O2 and β-O2 ). The desorption of α2-O2 and β-O2 causes respectively the reduction of Mn4+ to Mn3+ and Mn3+ to Mn2+. The use of fuel rich precursor enhances the specific surface area, the reducibility of manganese and the mobility of desorbed oxygen. This criterion allows interesting catalytic properties in CH4 deep oxidation. The LM0,53 catalyst obtained in stoichiometric conditions exhibits the best thermal stability.The combustion synthesis is also useful to obtain LaMn1-yAlyO3+δ oxides in a large range of Al content (0≤y≤ 1). The Al-substitution for Mn improves α2-O2 mobility. The best catalyst is obtained for the optimal fraction y=0.1 of Al due to their higher surface areas and superficial Mn concentration. A series of substituted lanthanum manganite in the A sublattice of the perovskite-type structure La1-xLnxMnO3+δ (Ln : Pr ;Eu, 0≤x≤1) were obtained by combustion synthesis. The α2-O2 mobility was improved by this substitution. A fraction of 20% was found to be optimum for catalytic activity in deep oxidation of methane.

The research presented herein is concerned with the exploration of tandem processes initiated by the conjugate reduction of Michael acceptors, encompassing the asymmetric reductive Dieckmann reaction and the two-carbon homologation of aldehydes by two complementary methodologies. Chapter 1 introduces the area of transition metal catalysed tandem reductive processes as a tool for carbon-carbon bond formation. An extensive discussion of this methodology is included and recent advances in the area are highlighted. Chapter 2 discusses the initial study into the asymmetric reductive Dieckmann condensation. 3,3’-Disubstituted 4-oxopyrrolidines were synthesised in up to 93% ee using both molybdenum and copper catalysis. Chapter 3 describes the novel molybdenum-catalysed two-carbon homologation of aldehydes by the reduction of alkylidene Meldrum’s acid derivatives. No over reduction to the corresponding alcohol is observed, as the aldehyde functionality remains protected until hydrolysis. Chapter 4 discusses the mild, expeditious amine promoted reduction of cyclic malonates to β-substituted propionaldehydes. The synthetic utility of the methodology is demonstrated by the synthesis of γ-substituted propylamines in a one-pot hydrosilylation/reductive amination process. Chapter 5 describes the synthesis and characterisation for the compounds discussed in chapters 2, 3 and 4.

Le gaz naturel et le biogaz contiennent du H2S qui doit être éliminé avant toute utilisation. Cela se fait généralement par adsorption, par la récupération de H2S et par conversion en soufre élémentaire dans des procédés de type Claus. L'oxydation sélective catalytique de H2S par O2 est une alternative, mais les catalyseurs subissent une désactivation en raison de l'accumulation d'espèces soufrées et le mélange H2S/O2 nuit à la sélectivité. De plus, cela ne peut pas être fait en présence de l'hydrocarbure pour des raisons de sécurité. Un procédé innovant d'oxydation sélective de H2S en bouclage chimique est proposé dans lequel la réaction se déroule en deux étapes : la réduction d’un solide porteur d’oxygène par H2S avec formation de S élémentaire et la régénération du porteur par O2.Il est démontré que V2O5 est une phase active prometteuse pour ce procédé. Parmi plusieurs supports testés, le TiO2 et le SiO2 s’avèrent les plus adéquats et il est montré que les matériaux de faible surface doivent être privilégiés. L'effet de la teneur en V2O5 sur le support de TiO2 est étudié et il est montré que la distribution optimale de phase active est atteinte lorsque l'équivalent de 2 monocouches de V2O5 est présent. L’étude de la réactivité de ce porteur montre qu’un équilibre optimal entre V3+, V4+ et V5+ est nécessaire. La présence d'espèces V4+ favorise la réactivité, mais seule la réduction d'espèces V5+ à V4+ est sélective, la réduction en V3+ entraînant la formation de SO2. Ce procédé est insensible à la présence de méthane, ouvrant la voie à la purification du biogaz ou du gaz naturel sans nécessiter de séparation préalable du H2S. / Natural gas and biogas resources contain H2S, which needs to be removed prior to any use. This is usually done by adsorption followed by H2S recovery and conversion through Claus type processes to produce elemental sulfur. Direct catalytic selective oxidation of the H2S to elemental sulfur is an alternative but catalysts suffer from deactivation due to accumulation of sulfur species and H2S/O2 mixing usually affects selectivity. Furthermore, it cannot be done in the presence of the hydrocarbon due to safety issues. To overcome these limitations, a Chemical Looping Selective Oxidation of H2S (CLSOSH) process is proposed in which the reaction proceeds in two steps: a “reductant step” in which H2S reduces the carrier and produces elemental S and an “oxidant step” in which the carrier is regenerated by O2. V2O5 was demonstrated that to be a promising active phase for CLSOSH. Several support materials were tested. TiO2 and SiO2 proved to be the most adequate and it was shown that low surface area materials should be privileged. The effect of V2O5 loading on TiO2 support was investigated and it was shown that optimal distribution of V2O5 is reached when the equivalent of 2 monolayers of active phase are present. Detailed analysis of the reactivity of this carrier showed that an optimal balance between V3+, V4+, and V5+ need to be found. The presence of V4+ species promote reactivity but only V5+ to V4+ species reduction should be involved to reach optimal selectivity as reduction to V3+ lead to SO2 formation. CLSOSH proved to be insensitive to the presence of methane is the feed, opening the path for biogas or natural gas purification without the need of H2S separation.

L’objectif de ces travaux réside dans une meilleure compréhension de la catalyse d’oxydation sur un catalyseur Pt/γ-Al2O3 hautement dispersé. La thématique est porteuse dans les domaines de la catalyse de dépollution, de l’oxidation sélective des hydrocarbrures ainsi que du développement des piles à combustible. Des phénomènes d’adsorption et d’oxydation ont été étudiés suivant une approche multi-échelle. L’évaluation de phénomènes isolés a été réalisées expérimentalement par désorption et réaction en température programmée, couplée à des analyses de spectrométrie de masse, de FTIR operando ainsi que microGC. La modélisation moléculaire ab initio a été utilisée afin de comprendre le comportement microscopique de l’interaction adsorbat/catalyseur/support lors de ces réactions. Les données thermodynamiques extraites ont été intégrées à des modèles micro-cinétiques détaillés, et ont permis de comparer les expériences simulées et réelles. Trois systèmes ont été explorés en détail : (i) l’adsorption dissociative de O2 en oxygène atomique, (ii) l’adsorption de monoxyde de carbone et (iii) son oxidation en CO2. L’impact de la structuration du catalyseur a été discuté par rapport aux surfaces idéales telles que Pt(111). L’oxydation d’hydrocarbures légers tels que le méthanol et le propène ont fait l’objet d’une étude préliminaire. Un générateur de réactions de surface a été spécialement développés pour automatiser la génération exhaustive de réactions de surface concernant l’oxydation des hydrocarbures. / This work tackles at a better understanding of oxidation catalysis on highly dispersed Pt/Al2O3 surface. This thematic is of great interest for depollution catalysis, for hydrocarbon selective oxidation or even for fuel cell developments. Adsorption and oxidation phenomena were studied with a multi-scale approach. Experimental evaluation of isolated phenomenon were performed using temperature programmed adsorption/reaction coupled with mass spectrometry, operando FTIR and microGC. Ab initio molecular modelling investigations were undertaken to handle the microscopic behaviour of adsorbate/catalyst/support interactions. Thermodynamic data were integrated into exhaustive micro-kinetic models that allow to compare experiments and modelled data. Three systems were fully explored: (i) the dissociative adsorption of O2 into atomic oxygen, (ii) adsorption of carbon monoxide and (iii) oxydation of CO towards CO2. The impact of the catalyst structuration has been discussed with ideal surfaces such as Pt(111). Light hydrocarbons oxidations such as methanol and propene were also investigated in a preliminary way. Surface reaction mechanism generator was specially developped to handle exhaustive hydrocarbon oxidation surface reactions.

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