La formation de H2 dans le milieu interstellaire, à partir de deux atomes H, est une question essentielle en astrophysique. Cette réaction exothermique qui a lieu à la surface d'un grain de poussière interstellaire est la première étape d'une suite de réactions primordiales pour la physico-chimie. Dans les nuages diffus et les régions de photodissociation, on invoque pour mécanisme de formation une réaction de catalyse hétérogène Eley Rideal, un des atomes étant chimisorbé. Les grains sont principalement carbonés et constitués notamment de graphite. Les travaux théoriques antérieurs effectués en géométrie réduite n'ont pas permis d'expliquer la formation de H2 dans les états rovibrationnels observés (v<5). Pour prendre en compte les degrés de liberté de tous les atomes, nous avons conçu à partir du potentiel de Brenner, un nouveau potentiel pour modéliser le système graphène-H-H avec lequel nous avons réalisé une étude de dynamique moléculaire classique de la formation de H2. Cette étude a été effectuée pour des énergies de collision d'atomes H incidents de 0.015eV à 0.2eV et pour des surfaces à 0, 10 et 30K. Un des résultats principaux est que la section efficace de réaction est directement reliée à l'allure du potentiel que voit l'atome H incident. De plus, il a été mis en évidence que la distribution rovibrationnelle obtenue en autorisant la relaxation de la surface correspond mieux à celle observée par les astrophysiciens (v < 6), la surface absorbant ~25% de l'énergie disponible. Des travaux étudiant l'influence de la présence d'un atome H supplémentaire sur la surface ou d'une possible structure poreuse des grains, sur la formation de H2, sont présentés en annexe.

Biodiesel has emerged as a promising renewable and clean energy alternative to petrodiesel. While biodiesel has traditionally been prepared through homogeneous basic catalysis, heterogeneous acid catalysis has been investigated recently due to its ability to convert cheaper but high free fatty acid content oils such as waste vegetable oil while decreasing production cost. In this work, the esterification of free fatty acid over sulfated zirconia and activated acidic alumina in a batch reactor was considered. The models of the reaction over the catalysts were developed in two parts. First, a kinetic study was performed using a deterministic model to develop a suitable kinetic expression; the related parameters were subsequently estimated by numerical techniques. Second, a stochastic model was developed to further confirm the nature of the reaction at the molecular level. The esterification of palmitic acid obeyed the Eley-Rideal mechanism in which palmitic acid and methanol are adsorbed on the surface for SO?/ZrO?-550°C and AcAl?O? respectively. The coefficients of determination of the deterministic model were 0.98, 0.99 and 0.99 for SO?/ZrO?-550°C at 40, 60 and 80°C respectively and 0.99, 0.98 and 0.96 for AcAl?O? at the same temperature. The deterministic and stochastic models were in good agreement. / Master of Science

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-02T18:48:59Z No. of bitstreams: 1 ManuelFarias.pdf: 1389622 bytes, checksum: 6e4849f2b44871723791cde342c7bf04 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T18:48:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ManuelFarias.pdf: 1389622 bytes, checksum: 6e4849f2b44871723791cde342c7bf04 (MD5) Previous issue date: 2006-06-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / This is work treat of the acetaldehyde and labeled ethanol oxidations, both kinds in percloric acidic medium, 0,1 Mol L-1 HClO4 on the Pt polycrystalline surface with used conventional electrochemical and spectroscopy techniques (FTIRS in situ). From acetaldehyde, wanted to find the mean concentration that better favor the reaction to evolve for CO2 in the potential smaller from production of the kind. The concentration 0,01 Mol L-1 was better suitable, but the increase of the concentration in solution, this is pathway was whole inhibited. However, in the high potential the form to acetic acidic is favorable. For main cronoamperometry, acetaldehyde in the concentration 0,02 Mol L-1, were able proof results in situ FTIRS. According to potential, this is results was interpreted second pattern to consider: the pear adsorbed kinds (Langmuir-Hinshelwood) and other where consider only one adsorbed kinds between adsorbed (pattern Eley-Rideal mechanism). In the case of ethanol labeled oxidation (H3 13CO 12CH2OH), it is search to look into the path delineated from way severous of the reaction from to form CO2. The results showed that is product would to be results of the intermediates oxidations contained carbon from alcohol group and intermediates contained carbon from group methyl; however, the intermediates contained carbon alcohol group is mores able reactive in the zone potential searched in the work, is this mores, confronted with able reactive metil group. The path double that yield CO2 in the zone potential below 1,0 V, are yielded coupling bands 12COL and 13COL which coexist in below potential. In the presence kind 13COL in 0,4 V potential proof that of the efficiency of the platinum electrode for the oxygenation group metil in the zone below potential. In the potential largest that 1,0 V, where exist the formation continuous of carbon dioxide, the difference in the greatness bands associated from 12CO2 e 13CO2 (double path product contained carbon), was interpreted in the sense of the electrochemical conditions infortunable for remover hydrogen group metil; additional this is kind was to promote for yield from molecules, which not is able identify for whole technique. / Este trabalho trata das reações de eletrooxidações de acetaldeído comum e etanol isotopicamente marcado, ambas reações em superfície de platina policristalina em meio de ácido perclórico, HClO4, 0,1 Mol L-1, com a utilização de técnicas eletroquímicas convencionais e espectroscopia (FTIRS in situ). Para o acetaldeído, essa reação foi estuda com a dependência do potencial aplicado e a concentração do aldeído em solução, que melhor resultaram na transformação desta molécula a CO2. Assim, para o potencial 0,6 V, a concentração de aldeído 0,01 Mol L-1 foi a mais apropriada deduzida a partir de FTIRS in situ e, a concentração 0,02 Mol L-1 permitiu a geração de maior densidade de corrente e foi inferida a partir de cronoamperometria. Essa discrepância foi discutida em termos das reações específicas que resultam no sinal analítico para cada técnica. Dependendo da concentração do acetaldeído, a via de formação de CO2 foi completamente inibida e, em altos potenciais, prevalecia sempre a formação de ácido acético. Paralelamente, dependendo do potencial, estes resultados foram interpretados com base em modelos de mecanismos de reações que considera: um par de reagentes adsorvidos (mecanismo Langmuir-Hinshelwood) e apenas uma espécie adsorvida do par fundamental de reagentes (mecanismo Eley-Rideal). Para o etanol isotopicamente marcado (H3 13C 12CH2OH), foram investigados passos delineados pelas diferentes vias de reação de formação de CO2. Os resultados mostraram que este produto pode ser resultante da eletrooxidação de intermediários contendo o carbono do grupo álcool e do grupo metil, sendo que o intermediário contendo o carbono do grupo álcool, para toda a faixa de potenciais investigados, é bem mais reativo que o intermediário contendo o carbono do grupo metil. As vias duplas que geram CO2 em potenciais abaixo de 1,0 V são resultantes de bandas acopladas de 12COL e 13COL que coexistem em baixos potenciais. A presença de 13COL em 0,35 V foi encarada como uma evidência da eficiência da Pt para oxigenação do grupo metil em baixos potenciais. Em potenciais acima de 1,0 V, onde há produção contínua de dióxido de carbono, a diferença na magnitude das intensidades de bandas relativa ao 13CO2 e 12CO2 (das vias de origem de carbono), foi interpretada como sendo as referidas condições eletroquímicas desfavoráveis para desprotonação do metil.

Les processus élémentaires hétérogènes à l’interface gaz-solide présentent un intérêt fondamental dans de nombreux domaines tels que la catalyse hétérogène, la chimie atmosphérique et des milieux interstellaires, la rentrée atmosphérique de véhicules spatiaux ou encore la description des interactions plama-paroi. Cette thèse a pour objet l’étude de la dynamique des processus de collision non réactive de l’azote N2 sur une surface de tungstène W(100) et des processus de recombinaison moléculaire de l’hydrogène H2 sur des surfaces de tungstène W(100) et W(110). Leur dynamique quasi classique est simulée au moyen de surfaces d’énergie potentielle préalablement construites à partir de calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité. Un potentiel multi-adsorbats est notamment développé pour tenir compte du taux de couverture de surface afin d’étudier la compétition entre la recombinaison directe, de type Eley-Rideal et la recombinaison par « atomes chauds » après diffusion hyperthermique d’un atome sur la surface. / Heterogeneous elementary processes at the gas-solid interface are ofgreat interest in many domains such as heterogeneous catalysis, atmospheric and interstellar media chemistry, spacecraft atmospheric re-entry and plasma-wall interactions description. This thesis focus on the dynamics of nitrogen, N2, non reactive scattering on a tungsten W(100) surface and hydrogen, H2, recombination processes on tungsten surfaces W(100) and W(110). The quasiclassical dynamics of these processes is simulated using potential energy surfaces based on density functional theory calculations. In particular, a multi-adsorbate potential is developed to include surface coverage in the dynamics simulation in order to scrutinize the interplay between both direct abstraction, the so-called Eley-Rideal recombination,and the Hot-Atom recombination process after hyperthermal diffusion on the surface

La rationalisation des processus chimiques élémentaires aux surfacesest d'intérêt primordial pour de nombreux phénomènes naturels ou d'intérêttechnologique. D'un point de vue fondamental, la façon dont l'énergie, concomitanteà toute réaction chimique, est distribuée parmi les degrés de liberté des moléculesformées et/ou transférée à la surface est loin d'être systématisée. Dans ce travail,des simulations, reposant sur la méthode des trajectoires quasi-classiques (QCT),sont réalisées pour examiner cette problématique lors de recombinaisons demolécules d'hydrogène (H2) et d'azote (N2) résultant de l'abstraction d'atomesadsorbés via collision par un atome provenant de la phase gazeuse sur des surfacesde Tungstène - W(100) et W(110) - à taux de couverture non nul. Ces processussont ici étudiés pour leur intérêt en physique des interactions plasma-paroi. Dessurfaces d'énergie potentielle, construites à partir de calculs de structure électroniquebasés sur la théorie de la fonctionnelle densité (DFT), sont utilisées pour simuler,dans le cadre de la mécanique classique - incluant les corrections semi-classiquespertinentes - les processus ultrarapides dit de "Eley-Rideal" et par "atomes-chauds"(sub-picoseconde). La mise en place de modèle effectifs, pour tenir compte de ladissipation de l'énergie aux phonons de la surface et aux excitations électroniques(paires électron-trou), permet de rationaliser la dynamique non-adiabatique del'abstraction atomique aux surfaces métalliques. / The rationalization of elementary processes at surfaces is of prime importance for numerous natural and technological areas. From a fundamental pointof view, the way the energy concomitant to any chemical reaction is distributed among the desorbing molecules degrees-of-freedom and the surface is far frombeing fully pictured. In this work, quasiclassical molecular dynamics (QCT)simulations have been carried out to investigate this issue for the recombination ofH2 and N2 resulting from atomic adsorbate abstraction by atom scattering off theW(100) and W(110) covered surfaces, these processes being of relevance inplasma-wall interactions. Potential energy surfaces, built from density functional(DFT) theory calculations, have been used to simulate, within the framework ofclassical dynamics (including semi-classical corrections), the subpicosecond Eley-Rideal and Hot-Atom processes. The implementation of effective models to accountfor energy dissipation to surface phonons and electron-hole pair excitations, have allowed to rationalize the non-adidabatic dynamics of atom abstraction at metalsurfaces.

Dans le milieu interstellaire (MIS), la formation de la molécule H_2 est catalysée par un grain de poussière : H+H+grain -> grain+ H_2 Deux mécanismes principaux correspondent à cette réaction: le mécanisme Eley-Rideal (ER) et le mécanisme Langmuir-Hinshelwood (LH). Les techniques de propagation de paquets d'ondes ont été utilisées pour étudier ces deux mécanismes aux faibles températures qui règnent dans le MIS. Pour rendre possible le calcul, il a fallu utiliser une grille en L et appliquer la technique de réduction de grille dite de « mapping » sur des grilles multidimensionnelles. Ceci a permis de couvrir une gamme d'énergie de collision comprise entre 0,4meV et 46meV pour le mécanisme ER, et entre 4meV et 50meV pour le mécanisme LH. Le mécanisme ER a été étudié en géométrie colinéaire sur une surface de graphite (0001), en autorisant le mouvement d'un atome de carbone du grain. Permettre cette relaxation du substrat favorise la réaction. Toutefois le mécanisme ER reste peu efficace dans les conditions de température régnant dans le MIS, du fait d'une petite bosse de potentiel en voie d'entrée. Le mécanisme LH a lui été étudié dans toute sa dimensionnalité sur une surface plane et rigide. Le résultat principal est que ce mécanisme est très efficace : dans des conditions caractéristiques du MIS, le temps mis par un atome H pour diffuser sur le grain, rencontrer un autre atome H, et désorber en H2 est inférieur au temps typique entre deux collisions H-grain. La réaction n'a aucun effet notable sur le rapport ortho- H_2 et para- H_2. En revanche, comme dans le mécanisme ER, elle conduit à une très forte excitation vibrationnelle de H_2.