Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / Propylene is a chemical compound with high value added, widely used in the industry and usually obtained from petroleum. However, there is the need of the development of alternative routes for the production of this compound from renewable sources. The use of acetone for the production of propylene is a good option, because this oxygenated compound can be obtained by biomass conversion. The use of a one step process also adds an advantage to the propylene production from acetone, uniting in a single reactor two consecutive reactions: acetone hydrogenation, followed by dehydration of the formed isopropanol. For this, there are necessary two catalysts with distinct properties, one containing metallic sites, for hydrogenation, and another where there are acidic sites, for dehydration. The main objective of this work is to obtain propylene from acetone in one single step, using Cu/Zn/Al mixed oxide derived from hydrotalcite-like compounds and acid form of Beta zeolite as catalysts. For that, the catalysts were obtained by the coprecipitation method at variable pH followed by calcination, for the mixed oxide, and by hydrothermal synthesis, for the zeolite. The catalysts were also characterized as their with distinct properties. The hydrogenation and dehydration reactions have been studied individually and together by varying the catalyst or mixture of catalysts employed and the composition and flow rate of the feed. First, they were evaluated the thermodynamic boundaries of the reaction systems in which was observed that the acetone hydrogenation is strongly limited by the equilibrium and which are the preferential products of each reaction. For the reaction test, it was used the factorial experimental design, where the feeding conditions and reaction temperature were varied, and as response variables it was obtained the composition of the organic fraction at the reactor outlet. In the hydrogenation reaction, only isopropanol was obtained and the acetone conversion was close to that of equilibrium. In the dehydration reaction of isopropanol, propylene was preferably formed, with only small concentrations of diisopropyl ether at low temperatures, being obtained complete alcohol conversion in some experimental conditions. The complete process of acetone conversion into propylene was carried out at eleven distinct experimental conditions and the olefin fraction was up to 65 % of the organic fraction. It was possible the parameters estimation of simplified kinetic models, considering the Langmuir-Hinshelwood hypothesis, appropriate to the prediction of the molar fractions of the compounds in the organic fraction for both individual as simultaneous reactions. The kinetic models were used to the analysis of the effect of process variables on the reaction products in the three reaction systems considered. / O propeno é um composto químico de alto valor agregado, largamente empregado na indústria e obtido, geralmente, a partir do petróleo. Entretanto, há a necessidade do desenvolvimento de rotas alternativas para a produção deste composto a partir de fontes renováveis. A utilização de acetona para a produção de propeno é uma boa opção, pois este composto oxigenado pode ser obtido através de conversão da biomassa. A utilização de processo em uma única etapa acrescenta, ainda, mais uma vantagem à produção de propeno a partir de acetona, unindo em um único reator duas reações consecutivas: hidrogenação de acetona, seguida da desidratação do isopropanol formado. Para tanto, são necessários dois catalisadores com propriedades distintas, um deles contendo sítios metálicos, para a hidrogenação, e outro onde haja sítios ácidos, para a desidratação. O objetivo principal deste trabalho é a obtenção de propeno a partir de acetona em uma única etapa, utilizando óxido misto de Cu/Zn/Al derivado de material do tipo hidrotalcita e forma ácida da zeólita Beta como catalisadores. Para isso, os catalisadores foram obtidos pelo método de coprecipitação a pH variável seguido de calcinação, para o óxido misto, e pela síntese hidrotérmica, para a zeólita. Os catalisadores foram, ainda, caracterizados quanto às suas propriedades físicoquímicas. As reações de hidrogenação e desidratação foram estudadas individualmente e em conjunto variando-se o catalisador ou mistura de catalisadores empregados e a composição e vazão da alimentação. Primeiramente, foram avaliados os limites termodinâmicos dos sistemas reacionais, em que se observou que a hidrogenação de acetona é fortemente limitada pelo equilíbrio e quais são os produtos preferenciais de cada reação. Para os testes reacionais foi utilizado planejamento de experimentos fatorial, onde as condições de alimentação e temperatura de reação foram variadas, e como variáveis resposta obteve-se a composição da fração orgânica na saída do reator. Na reação de hidrogenação, apenas isopropanol foi obtido e a conversão de acetona foi próxima daquela de equilíbrio. Na reação de desidratação de isopropanol, o propeno foi formado preferencialmente, com apenas pequenas concentrações de éter di-isopropílico a baixas temperaturas, sendo obtidas conversões completas do álcool em algumas condições experimentais. O processo completo de conversão de acetona em propeno foi realizado em onze condições experimentais distintas e a fração de olefina foi de até 65 % da fração orgânica. Foi possível a estimação dos parâmetros de modelos cinéticos simplificados, considerando as hipóteses de Langmuir-Hinshelwood, adequados à predição das frações molares dos compostos na fração orgânica tanto para as reações individuais como simultâneas. Os modelos cinéticos foram utilizados para a análise do efeito das variáveis de processo sobre os produtos de reação nos três sistemas reacionais considerados.

Le stockage et le relargage contrôlé du dihydrogène est devenu un domaine important de recherche visant à répondre à une demande énergétique grandissante. Bien que le borazane (NH3-BH3) ait été identifié comme un candidat de choix dû à sa grande capacité de stockage (16.9 wt.% H2), les chercheurs ont mis en évidence certaines limitations telles que des difficultés de mise en forme et des difficultés de régénération du matériau.Nous avons tenté de répondre à ces problématiques en concevant de nouveaux polymères contenant des fonctions de type amine-borane dans leur chaîne principale (polyboramines) et sur les chaînes latérales, afin d’étudier l’influence du squelette polymère sur les propriétés du matériau et sa réactivité associée. Nos objectifs ont visé une facilité de synthèse et de mise en forme mais aussi l'éventualité d'une régénération simple et directe du réservoir après relargage du dihydrogène. Nous avons synthétisé ces polymères en une étape quantitativement et sélectivement à partir de fragments commerciaux ou facilement accessibles. Nous avons observé une influence conséquente de la matrice polymère sur les paramètres cinétiques et thermodynamiques de la déshydrogénation, à la suite de quoi nous avons étudié les paramètres structuraux influençant la réactivité. De plus les polymères obtenus après déshydrogénation ont montré d’intéressantes propriétés mécaniques et chimiques. Ces résultats nous ont encouragés à nous pencher vers le recyclage de ces réservoirs à hydrogène / Dihydrogen storage and controlled release has become an essential area of research aspiring to answer the ever-growing energetic demand. If ammonia-borane (NH3-BH3) was early on identified as a premium candidate to constitute a H2 reservoir, due to its maximum storage capacity (16.9 wt.% H2), researchers have then identified its shortcomings such as poor processability and troublesome material recycling.We have proposed to address these issues through the synthesis of new polymers containing the amine-borane motif in the main-chain (polyboramine) or as pendant moieties, harnessing improvements brought by the polymer backbone on the reactivity and material properties. We aimed at an ease of preparation, an enhanced processability but also an access to recyclable materials via simple re-hydrogenation techniques. We have synthesized these polymers from available organic building blocks by simple treatment of diammonium and bisboronic acids with LiAlH4. We showed that the polymer matrix has a drastic effect on kinetic and thermodynamic parameters of the dehydrogenation process. We investigated the role of structural parameters on the reactivity. Moreover, polymers obtained after dehydrogenation (H2 release) still feature interesting mechanical and chemical properties. These results give us hope regarding the recycling of these hydrogen reservoirs

Abstract Degradation of the support and sintering of catalyst nanoparticles inherently leads to a loss of functionality of catalyst materials in converters and sensors. Malfunction in such devices may lead to serious economic and environmental damage. The quest for novel and sustainable catalyst materials with better durability is thus ongoing. In this thesis, one-dimensional nanomaterials such as carbon nanotubes and titanium dioxide nanowires are studied and compared to their conventional zero-dimensional counterparts in regard to their structural and functional stability. With the combination of several catalyst nanomaterials and supporting surfaces, aging properties of more than 70 different materials are assessed by the means of X-ray diffraction, transmission electron microscopy and energy-dispersive X-ray analyses. Although CNTs were shown to be thermally the most stable carbonaceous supports for metal nanoparticles, they are, similar to other carbon supports, more sensitive to high temperatures than metal oxide supports and can suffer deactivation by catalytic oxidation and gasification even at moderate temperatures. In addition, the irradiation of the samples with e-beams caused the most dramatic changes in CNT based materials, where nanosized deformities (voids, channels) were formed when either nanoparticles or defects were present. The prepared nanocompositions have been utilized successfully in three different applications including (i) synthesis of hydrogen from ethanol via a steam reforming reaction, (ii) hydrogenation of citral to form value added chemicals and (iii) the application of advanced electrode materials in electric double-layer capacitors. Both CNT and TiO₂ nanowire based nanomaterials were shown to outperform their conventional nano- and microparticle based counterparts in the studied catalytic reactions, i.e. in citral hydrogenation and steam reforming of ethanol, respectively. Furthermore, nanostructured CNTs obtained by catalytic partial oxidation of the material showed an increased specific surface area, which could be exploited in supercapacitor electrodes with enhanced specific capacitance. / Tiivistelmä Katalyyttitukimateriaalin pilaantuminen ja katalyyttinanopartikkelien sintrautuminen johtavat siihen, että muuntajissa ja sensoreissa käytettävät katalyyttiset materiaalit eivät enää toimi, mikä voi aiheuttaa sekä vakavia taloudellisia haittoja että ympäristöhaittoja. Tämän vuoksi kehitetään uusia kestävämpiä katalyyttimateriaaleja. Tässä väitöskirjassa tutkittiin yksiulotteisia nanomateriaaleja, kuten hiilinanoputkia sekä titaanidioksidinanojohtimia ja verrattiin niiden rakenteellista ja toiminnallista stabiiliutta perinteisiin nollaulotteisiin vastineisiin. Erilaisten katalyyttinanomateriaalien ja tukimateriaalien yhdistelmien ikääntymistä arvioitiin röntgendiffraktion, läpäisyelektronimikroskopian ja energiadispersiivisen röntgenanalyysin avulla yli 70 erilaisesta näytteestä. Vaikka hiilinanoputket osoittautuivat termisesti stabiileimmaksi hiilipohjaiseksi tukimateriaaliksi metallinanopartikkeleille, ne ovat kuten kaikki hiilimateriaalit, metallioksiditukimateriaaleja herkempiä korkeille lämpötiloille. Hiilinanoputkipohjaiset katalyytit voivat deaktivoitua katalyyttisen hapettumisen tai kaasuuntumisen vuoksi jo kohtalaisissa lämpötiloissa. Lisäksi elektronisäteellä säteilytetyt nanopartikkelit tai pintavirheitä sisältävät hiilinanoputkipohjaiset katalyytit olivat tutkituista nanomateriaaleista herkimpiä muodostamaan nanorakenteita (koloja, kanavia). Valmistettuja nanokomposiitteja käytettiin onnistuneesti kolmessa eri sovelluksessa: i) vedyn valmistuksessa etanolista höyryreformointireaktiolla, ii) hienokemikaalien valmistuksessa sitraalin hydrauksella sekä iii) elektrodimateriaalina EDLC-kondensaattorissa. Sekä hiilinanoputki- sekä TiO₂-nanojohdinpohjaiset nanomateriaalit toimivat testatuissa katalyyttisissa reaktioissa (etanolin reformointi sekä sitraalin hydraus) paremmin kuin niiden perinteiset vastineet. Lisäksi superkondensaattorin ominaiskapasitanssia onnistuttiin nostamaan lisäämällä hiilinanoputkipohjaisen elektrodin ominaispinta-alaa katalyyttisella hapetusreaktiolla.

De nouveaux liquides ioniques (LIs) contenant un cation phosphonium ou un cation ammonium couplé à un anion dérivé d’acides biosourcés (L-lactate, L-tartrate, malonate, succinate, L-malate, pyruvate, D-glucuronate, D-galacturonate, férulate, p-coumarate) ont été préparés suivant une réaction acido-basique simple et quantitative. Une nouvelle famille de liquides ioniques dendritiques (LIDs) a également été préparée à partir des dendrimères commerciaux (PPI et PAMAM). Les composés synthétisés ont tous été caractérisés par les méthodes usuelles d’analyses (RMN multinoyaux, SM, AE, IR) mais également par des techniques propres aux liquides ioniques (DSC, ATG, viscosité …).Ces solvants ont montré une efficacité avec la possibilité de recyclage du système catalytique [LI+ « Pd »] dans des réactions d’hydrogénations d’alcènes, de polyènes et de cétones α,β-insaturées dans des conditions douces de température et de pression. Ainsi, l’utilisation de ces LIPhs (liquides ioniques à base de phosphonium) permet d’obtenir d’excellents résultats notamment dans le cas de couplage pallado-catalysé de Heck sur 5 cycles sans perte de la réactivité.Les LIDs quant à eux ont été utilisés pour la récupération de quelques métaux lourds sous forme de cations (Cu2+, Ni2+, Pb2+, Cd2+, Ag+) dans des solutions aqueuses. Quelle que soit la nature du LI utilisé (hydrophile ou hydrophobe), d’excellents taux d’extraction sont obtenus sans modification du pH initial. / New biomass derived ionic liquids (ILs) containing phosphonium or ammonium cations with natural organic derived anions (L-lactate, L-tartrate, malonate, succinate, L-malate, pyruvate, D-glucuronate, D-galacturonate, férulate, p-coumarate) were easily prepared with good yields. Other dendritic ionic liquids (DILs) were also obtained from commercial PPI or PAMAM dendrimers. These DILs are containing NTf2 or BF4 anions. The characterization of all ILs was realized through classical NMR, IR, MS and elemental analysis techniques; their viscosity and ATG parameters were also determined.These new solvents proved good performance and recyclability for the selective Pd-catalyzed hydrogenation of alkenes, polyenes and also for the enantioselective hydrogenation of α,β-unsaturated ketones under mild temperature and hydrogen pressure conditions. Furthermore, they showed excellent performances (reaction yields and recycling) for the Heck coupling reaction.Finally, the hydrophilic and hydrophobic DILs were used for removal of metallic ions (Cu2+, Ni2+, Pb2+, Cd2+, Ag+) present in contaminated water and the results of the study proved their excellent catching behaviour.

Notre dépendance à l'égard des combustibles fossiles et la diminution des ressources pétrolières nous imposent la recherche de sources renouvelables d'énergie et de produits chimiques. La synthèse Fischer-Tropsch permet de répondre à la demande en carburants propres et renouvelables grâce à l'utilisation de gaz de synthèse issu de la biomasse. L'objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension du mécanisme de l'hydrogénation du CO sur des catalyseurs au cobalt et à l'identification du site actif par des études spectroscopiques DRIFTS operando. Ce système permet d'observer les différentes espèces adsorbées à la surface du catalyseur pendant la réaction : CO pontés et linéaires, formiates, carboxylates et hydrocarbures. Nos travaux ont montré qu'une fraction des formiates dits « rapides» peut expliquer la formation du méthanol dans nos conditions de réaction. L'ajout dans le mélange H2+CO d'un élément minéral typique de la biomasse, le chlore sous forme de trichloréthylène, a révélé que, l'activité diminuait. La bande des CO pontés étant la plus impactée et se déplaçant vers les hauts nombres d'onde, l'effet du chlore a été notamment associé à un effet électronique sur le cobalt. L'adsorption du chlore étant réversible, nous avons également étudié l'effet de l'étain. Ce métal n'adsorbe pas le CO dans nos conditions et peut s'adsorber à la surface du cobalt. L'étain empoisonne sélectivement la formation des CO pontés et limite fortement la chimisorption de l'hydrogène. Une relation linéaire entre la vitesse de formation des produits et la proportion de CO pontés est observée, révélant l'importance des CO pontés pour la réaction d'hydrogénation du CO / Our dependence on fossil fuels and the decrease of oil resources warrant the search for renewable energy sources and chemicals. Fischer-Tropsch synthesis enables meeting the requirements for cleaner and renewable fuels through the use of syngas obtained from biomass.The objective of this work was to contribute to the understanding of the mechanism of CO hydrogenation on cobalt-based catalysts and the identification of the active site by operando DRIFT spectroscopy. Different species were adsorbed on the surface of the catalyst under reaction conditions: bridged and linear CO, formates, carboxylates and hydrocarbons. Our resutls shows that so-called “fast formate” can account for the formation of methanol under our reaction conditions. The study of a typical biomass element, chlorine, revealed that the activity decreased under trichloroethylene,. The CO bridged band being the most affected band and shifting to higher wavenumber, the chlorine effect was partly associated with an electronic effect on cobalt. Chlorine adsorption being reversible, tin poisoning was also studied. This metal does not adsorb CO under our conditions. Tin addition to cobalt selectively poisons bridged CO and greatly limits the chemisorption of hydrogen. A linear relationship between the rate of formation of products and the proportion of CO bridged is observed, highlighting the importance of CO bridged

Les activités catalytiques de complexes du ruthénium et de l'iridium ont été examinées dans trois thématiques. De nouvelles phosphines chirales bifonctionnelles à groupement acide et les complexes métalliques correspondants ont été préparés. Nous avons montré que le nouveau ligand (S)-Sulfo-binepine est très efficace pour l'hydrogénation énantiosélective de cétones aromatiques catalysée par le ruthénium et l'hydrogénation énantiosélective de cétiminesaromatiques en présence de catalyseurs de l'iridium. Sur la base d'études mécanistiques, un mécanisme de sphère externe a été proposé pour l'hydrogénation de cétones. Dans le cas de l'hydrogénation de cétimines, les intermédiaires-clés ont été obtenus, ce qui a permis de proposer deux chemins réactionnels compétitifs pour expliquer les effets sur l'énantiosélectivité. Les fonctionnalisations d'amines cycliques sur l'atome d'azote et les carbones en α et β de l'hétéroatome ont été réalisées grâce à des processus de transfert d'hydrogène assistés par des catalyseurs du ruthénium et l'iridium à ligand phosphinesulfonate. / In this doctoral thesis, the catalytic activities of new ruthenium and iridium complexes have been examined in three major topics. New chiral phosphine-containing acidic bifunctional ligands and correspondingmetalcomplexes have been prepared. (S)-Sulfo-binepine was shown to be a very efficient novel ligand for ruthenium-catalyzed enantioselective hydrogenation of aryl ketones and iridium-catalyzed enantioselective hydrogenation of arylketimines. Based on mechanistic studies, outer-sphere mechanism was proposed for ketone hydrogenation. For ketimine hydrogenation, the key intermediate and resting species have been obtained, allowing the proposal of two competitive reaction pathways to explain the effects on enantioselectivity. N- and(α,β)-C-functionalization of cyclic amines have been achieved via borrowing hydrogen processes assisted by ruthenium and iridium phosphinesulfonate catalysts.

Ce travail, effectué dans le cadre d'une convention de recherche avec la Société ISOCHEM, a pour objectif la mise au point d'un nouveau procédé de synthèse de la pyrazolidine par la voie Raschig directe et par voie indirecte, en transitant par la 1 et 2-pyrazoline, suivie d'une hydrogénation catalytique. Cette hydrazine suscite un grand intérêt en raison de ses nombreuses applications dans l'industrie pharmaceutique et des cosmétiques. Cette thèse a été financée par le Centre National de Recherche Scientifique dans le cadre d'une bourse doctorale ingénieure/PED. La première partie est consacrée à l'étude du procédé Raschig direct qui résulte de l'action de l'hypochlorite de sodium sur un excès d'amine. La définition du process a nécessité la détermination des cinétiques et des mécanismes réactionnels afin de déterminer les rendements, les temps de séjour et de simuler numériquement l'ensemble des opérations de synthèse. Les conditions d'extraction ont été établies en exploitant les particularismes des équilibres entre phases impliqués afin d'élaborer le flow-sheet correspondant. La seconde partie est relative à la voie indirecte. Elle est basée sur l'élaboration de la 1- pyrazoline par une double déshydrohalogénation du N,N-dichloro-1,3 diaminopropane. La pyrazolidine est ensuite obtenue par hydrogénation catalytique du groupe azo. Un modèle global d'élaboration de la pyrazolidine a été établi qui nous a permis de déterminer les conditions optimales et de définir les segments synthèses et extractions ainsi que les différentes opérations unitaires du procédé ainsi que les bilans matière et énergie / This work, conducted as part of a research agreement with the Company ISOCHEM, aims to develop a new synthesis of pyrazolidine by the raschig method and by indirect way via 1 and 2-pyrazoline followed by catalytic hydrogenation. This hydrazine is very important, because of its many applications in the pharmaceutical and cosmetic industries. This thesis was funded by the National Center for Scientific Research as part of a doctoral fellowship engineer / PED. The first part is devoted to the study of the direct Raschig process resulting from the action of sodium hypochlorite in an excess of amine. The definition of the process involved the determination of the kinetic and reaction mechanisms to determine yields, residence time and to simulate numerically the overall operations of synthesis. The extraction conditions were established by exploiting the peculiarities of the phase equilibria in order to developed the flow-sheet. The second part relates to the indirect way. It is based on the synthesis of the 1 pyrazoline by double dehydrohalogenation of N,N-dichloro-1,3-diaminopropane. The pyrazolidine is then obtained by catalytic hydrogenation of the azo group. A global model for developing the pyrazolidine was established which allowed us to determine the optimum conditions and to identify segments syntheses and extractions as well as various unit operations of the process and the mass and energy balances

L’hydrogénation sélective d’hydrocarbures polyinsaturés présente un fort intérêt pour l’industrie pétrolière. Cette réaction est catalysée par des particules métalliques ou des alliages et a lieu sous pression d’hydrogène. Dans ce travail nous étudions la réaction d’hydrogénation sélective du butadiène en 1-butene en présence des catalyseurs Pt(111) et Sn/Pt-Pt(111). Cette étude a été menée à l’aide du programme VASP (Vienna Abinitio Simulation Package) qui permet de simuler des systèmes solides et surfaciques dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Le choix des catalyseurs a été dicté par les communautés expérimentale et industrielle qui utilisent le plus souvent le platine car très actif, ou des alliages de platine-étain, moins actifs mais beaucoup plus sélectifs. L’hydrogénation du butadiène a déjà été étudiée par le passé mais uniquement à T=0 K et sans prendre en compte les conditions réelles de pression des réactifs. Notre but étant de comprendre les pas élémentaires de cette réaction, nous avons choisi de l’étudier à des conditions de T et de P proches de celles utilisées expérimentalement, c’est-à-dire 300-400 K et 1-10 bar. A cette fin, nous avons mis en place un modèle thermodynamique pour évaluer, dans un premier temps, la composition de la surface lors de la réaction. Il est alors apparu que la configuration de surface la plus stable correspond à une couverture de une monocouche d’hydrogène ce qui suggère un mécanisme de type Eley-Rideal. Puis nous avons étudié l’aspect cinétique ce cette réaction et calculé les chemins réactionnels pour différents recouvrements en hydrogène. Nous avons conclu qu’il existe une forte compétitivité entre le mécanisme pressenti, appelé Langmuir-Hinshelwood et impliquant des espèces fortement adsorbées, et le mécanisme Eley-Rideal proposant une adsorption faible de l’un des réactifs. Les calculs ont été effectués avec les fonctionnelles PBE et optPBE pour apporter un point de comparaison des méthodes. / Petroleum industry has a strong interest in the selective hydrogenation of polyunsaturated hydrocarbons. This reaction is catalyzed by metallic particles or alloys and happens under pressure of hydrogen. In this work, we study the selective hydrogenation of butadiene into 1-butene, on two model catalysts which are Pt(111) and Sn/Pt-Pt(111). For this, we used the VASP code (Vienna Abinitio Simulation Package) that allows to perform periodic calculations in the framework of the Density Functional Theory (DFT). The choice of the catalysts was driven by the experimental and industrial communities who mostly use platinum because of its high activity, or alloys such as tin-platinum alloy, less active but more selective. Butadiene hydrogenation was already modeled in the past but only at T=0 K and without taking into account the real pressure conditions of the reactants. Our aim is to understand the impact of the reaction conditions which is why we ran this study at T and P conditions close to the one used experimentally, e.g. 300-400 K et 1-10 bar. For this, we setup a thermodynamic model to evaluate in a first step the surface composition when the reaction occurs. It came out that the most stable surface configuration corresponds to a coverage of 1 ML of hydrogen which suggests an Eley-Rideal type mechanism. Then we studied the kinetic aspect of this reaction and we calculated the hydrogenation pathways for different coverages of hydrogen. We concluded that there is a strong competition between the sensed mechanism, called Langmuir-Hinshelwood mechanism and implying strongly adsorbed species, and the Eley-Rideal mechanism, proposing a weak adsorption of one of the two reactants.

La séparation magnétique a reçu beaucoup d'attention en tant que technologie de séparation de catalyseurs solides, très efficace et rapide. De nombreuses études ont porté sur l'immobilisation de systèmes catalytiques actifs sur un support magnétique afin de les séparer par la simple application d'un aimant. Cependant, le développement de supports magnétiques s'avère limité à des nanoparticules (NPs) magnétiques encapsulées dans une silice, un polymère ou du carbone. La conception de nanocomposites magnétiques incorporant d'autres oxydes est donc intéressante afin d'élargir l'application de cette technologie de séparation dans le domaine de la catalyse. Dans ce contexte, des études de stabilité thermique ont été menées sur magnétite revêtue de silice (Fe3O4@SiO2) pour évaluer la possibilité de la calciner sans perdre les propriétés magnétiques du support. La calcination permettrait le dépôt de différents oxydes sur la surface de la silice, tels que l'oxyde de cérium et l'oxyde de titane. Il a été observé que le matériau Fe3O4@SiO2 calciné a conservé sa morphologie core-shell et ses propriétés magnétiques, tandis que sa surface spécifique at a augmenté de 6 odres de grandeur. Un processus a pu être développé pour le dépôt d'oxyde de cérium et d'oxyde de titane sur Fe3O4@SiO2. Des nanocatalyseurs aisément récupérables par séparation magnétique à base de Rh, Pd et Ru ont pu être préparés en utilisant ces supports de silice modifiés par dépôt de CeO2 et TiO2. Ces nanocatalyseurs obtenus ont été évalués en catalyse d'hydrogénation du cyclohexène, du benzène ou du phénol. L'étude de l'influence de chaque support sur l'activité catalytique des nanocatalyseurs a consitué l'objectif principal de cette thèse. Le dépôt des nanoparticules métalliques sur les supports pour l'obtention des catalyseurs actifs a été réalisé par deux approches différentes: l'imprégnation et l'immobilisation de sols contenant des NP métalliques préformées. Quant aux NPs métalliques colloïdales, elles ont été préparées par réduction de sels métalliques et par la décomposition de complexes organométalliques précurseurs. Des catalyseurs de rhodium préparés par imprégnation de rhodium (III) chlorure et réduction avec H2 ont montré des problèmes de reproductibilité qui ont été contournés en utilisant NaBH4 ou l'hydrazine comme agents réducteurs. La préparation des catalyseurs par l'immobilisation des NP colloïdales s'est avérée une alternative intéressante pour obtenir des catalyseurs très actifs de façon reproductible. Des nanoparticules de Pd, Rh et Ru ont été préparées par l'approche organométallique et immobilisées sur les supports Fe3O4@SiO2 calciné, Fe3O4@SiO2CeO2 et Fe3O4@SiO2TiO2. L'élimination de l'agent stabilisant pour les NPs de Rh déposées sur Fe3O4@SiO2CeO2 semble conduire à un état de surface différent comparativement aux autres supports car ce catalyseur s'est montré le plus actif vis-à-vis de l'hydrogénation du cyclohexène (TOF 125 000 h-1). Les catalyseurs à base de Rh, Pd et Ru ont été utilisées pour l'hydrogénation de phénol. Le palladium s'est avéré le catalyseur le plus sélectif envers la cyclohexanone, quel que soit le support utilisé. La formation de cyclohexanol a été renforcée avec le support fonctionnalisé par l'oxyde de titane et la production de cyclohexane par hydrodéoxygénation a eu lieu principalement avec le support de silice. / Magnetic separation has received a lot of attention as a robust, highly efficient and rapid catalyst separation technology. Many studies have focused on the immobilization of catalytic active species, but the development of magnetic supports has been limited to silica, polymer or carbon-coated magnetic nanoparticles (NPs). The design of magnetic nanocomposites and the incorporation of other oxides are thus highly welcome to broaden the application of this separation technology in the field of catalysis. In this context, studies of the thermal stability of silica coated magnetite (Fe3O4@SiO2) were performed to evaluate the possibility of calcining it without losing the magnetic properties of the support. The calcination would permit the deposition of different oxides on the silica surface, such as ceria and titania. The calcined Fe3O4@SiO2 material preserved its core-shell morphology and magnetic properties, and increased its surface area six times. A post-coating process was developed for the deposition of ceria and titania on Fe3O4@SiO2. Magnetically recoverable Rh, Pd and Ru nanocatalysts were prepared on the surface of the magnetic supports. The obtained catalysts were employed in hydrogenation of cyclohexene, benzene or phenol and the study of the influence of each support on the catalytic activity was the main objective of this thesis. For the deposition of the metallic nanoparticles on the supports in order to obtain the active catalysts two different approaches were followed: the impregnation and the sol immobilization of pre-formed metal NPs. Concerning the synthesis of the colloidal metal NPs, they were prepared either by reduction of metal salts or by decomposition of organometallic complexes. Rhodium catalysts prepared by impregnation of rhodium(III) chloride and reduction with H2 showed some reproducibility issues that were surpassed by using NaBH4 or hydrazine as reducing agents. The preparation of catalysts by the immobilization of colloidal NPs is an interesting alternative to obtain reproducible and very active catalysts. Nanoparticles of Pd, Rh and Ru were prepared by an organometallic approach and immobilized on calcined Fe3O4@SiO2, Fe3O4@SiO2CeO2 and Fe3O4@SiO2TiO2. The elimination of Rh stabilizing agent over ceria support appears to be different than in other supports and was the most active catalyst in the hydrogenation of cyclohexene (TOF 125,000 h-1). The Rh, Pd and Ru catalysts were employed in the hydrogenation of phenol. Palladium was the most selective catalyst to cyclohexanone, no matter the support used. The formation of cyclohexanol is enhanced in the support with titania and the hydrodeoxygenation to produce cyclohexane occurred mainly in the support with silica.

Les nanoparticules (NPs) métalliques présentent un grand intérêt dans de nombreuses applications, pour lesquelles un contrôle précis de la taille, de la composition et de la morphologie est requis. Cependant, ce contrôle demeure un défi. Les liquides ioniques (LIs) sont des sels fondus liquides à température ambiante. Ils possèdent des propriétés uniques, à michemin entre le liquide (ce sont des solvants, de bons électrolytes,…) et du solide (ils ne s’évaporent pas). Les LIs sont connus pour être des solvants intelligents, qui permettent, par décomposition de précurseur organométallique, de former des NPs de taille calibrée et contrôlée. Ceci en absence de ligands organiques contrairement aux solvants conventionnels. Cependant, le mécanisme de leur formation reste mal connu. Dans cette thèse, nous identifions les facteurs clés influant sur la taille finale des NPs. Cela permettra de développer des voies de synthèse de NPs de tailles prédéterminées. Par ailleurs, le silicium poreux (PSi) est un matériau prometteur qui peut trouver de multiples utilisations dans les systèmes intégrés ou dans les secteurs photovoltaïque et biomédical. Ses propriétés peuvent être ajustées par l'introduction de métaux dans ses pores. Dans ce cas également, les LIs peuvent être avantageusement utilisés. Dans ce travail, la métallisation de PSi par Cu est réalisée par imprégnation du PSi puis décomposition d’une solution de CuMes dans le LI. En fait, il est observé que c’est le PSi qui décompose le précurseur. Pour cette raison, l’utilisation d’analogues solubles du PSi est étudiée pour remplacer H2 dans la synthèse des NPs. Cela pourrait permettre d’améliorer encore le contrôle de ce procédé / Among nano-objects, metallic nanoparticles (NPs) certainly have a prominent position. This is because they offer a variety of compositions, sizes, shapes and structures that make them suitable for a variety of applications. In the same time, the accurate control of their size, shape and structure is still a challenge, mainly because NPs do not correspond to the thermodynamic stable state of metals. Recently, ionic liquids (ILs) have been shown to stabilize metallic NPs without the need of ligands required in conventional solvents. ILs are liquid molten salt at room temperature. These compounds uniquely combine properties of the liquid (they are good solvents, electrolytes…) and of the solid (they do not evaporate). In the process of decomposing organometallic precursors into metallic NPs, ILs play a central role in controlling the size and ensuring narrow size distribution. However, the corresponding mechanism remains unclear. This PhD work aims at identifying key factors influencing the final size (average and distribution) of metallic NPs chemically formed in ILs. Among nanoporous materials, porous silicon (PSi) is popular due to its exceptional characteristics for microelectronics, integrated optoelectronics, microelectromechanical systems (MEMS), layer transfer technology, solar and fuel cells, biomedicine, etc. Its properties are modified by introducing different materials into its pores. Unique properties of ILs may also be advantageous. In this work, the process used to synthesize metallic NPs is adapted into an easy, efficient, versatile, and safe process to metallise PSi. The metallisation of PSi by Cu is tentatively conducted by impregnation with a solution of CuMes in IL followed by the decomposition of the precursor. In fact, CuMes is shown to be readily decomposed by PSi. Finally, this knowledge is transposed back to the synthesis of metallic NPs, replacing H2 by chemical analogues of PSi as alternative reducing agents. This approach is believed to bring even more control in this process