L'enjeu de cette thèse réside dans la compréhension et l'amélioration de la sulfuration de catalyseurs à base de W. Elle a pour objectif la rationalisation des différentes étapes de préparation de catalyseurs d’hydrotraitement de type NiWS depuis la préparation jusqu'au test catalytique par une approche moléculaire (appelée «chimie de surface contrôlée» ou CSC), ce qui permet de proposer de nouvelles voies pour lever le verrou majeur, lié à la mauvaise sulfuration du W. Au cœur de cette approche se situe l'utilisation d'une méthode de préparation originale, ayant recours à des composés moléculaires métallo-organiques bien-définis comme précurseurs de la phase sulfurée WS2, combinée à une analyse poussée par spectroscopies multiples (IR, RMN, XPS) et chimie computationnelle.La famille des alcoxydes de tungstène a été sélectionnée ; les précurseurs mono ou di-nucléaires tels que W(OEt)6, [W(=O)(OEt)4]2 ou [W(OEt)5]2 ont été greffés sur silice-alumine partiellement deshydroxylée, et leur conversion en phase sulfure a montré que le type de précurseurs moléculaires influençaient peu les propriétés des catalyseurs non promus (WS2/ASA), en termes de taux de sulfuration (déterminé par XPS) ou d’activité catalytique, en hydrogénation du toluène en présence d’aniline. Le composé [W(OEt)5]2 a ensuite été sélectionné pour approfondir l’étude des catalyseurs préparés par CSC.L'approche visant à améliorer la compréhension des différentes espèces de surface formées a été réalisée par l'étude des matériaux avant et après sulfuration. L'augmentation de la quantité de W déposé sur les matériaux CSC a permis de révéler la formation de (1) une couche d’espèces greffées sur la surface de silice-alumine, puis (2) de couches successives, formées d'espèces plus mobiles. L'étude portant sur la sulfuration de ces matériaux en fonction de leur teneur en W, et de la température de sulfuration, a permis de les comparer aux catalyseurs sulfurés dits «conventionnels». Cette étude approfondie a mis en évidence une amélioration de la sulfuration du W pour les matériaux CSC aux températures habituellement utilisées (350°C). La vitesse intrinsèque d’hydrogénation des catalyseurs CSC, jusqu’à deux fois supérieure à celle des catalyseurs conventionnels, a en partie été expliquée par un meilleur taux de sulfuration, et par la morphologie 2D des feuillets WS2 (STEM-HAADF), de forme triangulaire tronquée, dans le cas d’un catalyseur conventionnel.Finalement, ayant démontré que l’emploi d’espèces moléculaires mono et binucléaires permettait d’améliorer les catalyseurs non promus par rapport à l’approche conventionnelle utilisant des clusters polyanioniques, les catalyseurs promus de type NiW/ASA ont été étudiés. Différents précurseurs ont été utilisés (par exemple Ni(acac)2) ainsi que différentes méthodes de dépôt (dépôt du nickel sur un matériau sulfuré, ou non) et quantités de nickel. Ces travaux ont permis d’estimer l’influence de ces paramètres sur la sulfurabilité du W et du Ni, ainsi que sur l’activité catalytique des catalyseurs, et montrer que l’emploi d'une approche moléculaire dans la préparation des phases NiWS supportées permet d’améliorer la promotion des feuillets sulfures par le nickel, mais aussi d'accéder à des catalyseurs pouvant avoir des vitesses intrinsèques d’hydrogénation quatre fois supérieures celles de catalyseurs conventionnelles de référence. Ces résultats catalytiques sont très probablement liés à une balance optimisée entre «nature» et «quantité» de sites actifs mixtes Ni-W. Cela démontre l’intérêt d’une approche moléculaire pour la préparation de catalyseurs d'hydrotraitement plus performants. / The aim of this thesis is to understand and improve the sulphidation of W-based hydrotreating catalysts by understanding and characterising each step of their preparation, from the synthesis to catalytic tests, via a controlled surface chemistry approach (or "CSC", also referred as surface organometallic chemistry, "SOMC", in the literature). This molecular approach opens new avenues for the improvement of W sulphidation, which is one strong limitation for using this metal in hydrotreatment. The core of this study is based on the use of well-defined metallo-organic precursors as precursors of the tungsten sulphide phase, each step of materials preparation being characterised by multiple spectroscopy techniques (IR, NMR, XPS) combined with ab initio molecular modelling.Mono or dinuclear tungsten alkoxides such as [W(OEt)5]2, W(OEt)6 or [W(=O)(OEt)4]2 were grafted on partially dehydroxylated amorphous silica-alumina. Their conversion into sulphide materials reveals that the precursor does not influence significantly the amount of WS2 phase formed (level of sulphidation observed by XPS) as well as catalytic properties in toluene hydrogenation in the presence of aniline. Only [W(OEt)5]2 was used in the following experiments.So as to better understand the genesis of the sulphide phase, CSC materials were characterised before and after sulphidation. Before sulphidation, the use of increasing amounts of W precursor reveals the formation of (1) first, a layer of tungsten surface species grafted on the surface, and (2) second, layers of more mobile species, more loosely bonded to the grafted species. Then, these CSC materials were sulphided into WS2 catalysts (with different W-loading, and different sulphidation temperatures) and were compared to conventionally prepared samples. The results reveal an improvement of tungsten sulphidation for CSC samples already at ambient sulphidation temperature and also at more usual sulphidation temperatures (350°C). Catalytic activities up to 2 times higher than conventional references were also obtained. They are explained in part by the better level of sulphidation of CSC samples and by a different 2D morphology of WS2 crystallites (STEM-HAADF), observed to be hexagonal-like for CSC samples while conventional ones have truncated triangle-like shapes.Then, as non-promoted CSC samples were more active than their conventional counterparts, nickel promoted catalysts (NiWS) were prepared, with the use of different Ni precursors (such as Ni(acac)2), different preparation methods and Ni amounts. This study gives insights into the sulphidation of W and Ni, and reveals that samples prepared via a molecular approach (CSC) can exhibit intrinsic hydrogenation rates up to four times higher than reference catalysts. These results are explained by an optimal balance between the nature of active Ni-W mixed sites and their amount. These interesting results, obtained for non-promoted and Ni-promoted catalysts, show that the use of a molecular approach is suitable to design highly active hydrotreating catalysts.

No description available.

La mise en évidence d'une conductivité métallique à l'interface entre deux oxydes isolants, le SrTiO3 et le LaAlO3, a ouvert un champ nouveau pour l'électronique tout oxyde (A. Ohtomo & H. Y. Hwang, Nature 427, 2004). Au-delà du fort potentiel applicatif de cette découverte, par exemple pour l'électronique de faible puissance, de nombreuses questions restent posées sur les propriétés de ces interfaces et les différents moyens de les contrôler. L'apparition de la conductivité à l'interface LaAlO3 / SrTiO3 est attribuée à la survenue d'une reconstruction électronique au-dessus d'une épaisseur critique de 4 cellules unités (u.c.) de LaAlO3, visant à compenser la discontinuité de charge à cette interface entre matériaux polaire (LaAlO3) et non polaire (SrTiO3). En plus de cet effet, qui requiert une interface d'excellente qualité, divers paramètres sont susceptibles d'affecter les propriétés de cette interface et un effort de recherche très important porte sur le contrôle et l'amélioration de ces propriétés par des moyens tels que le changement de la nature du substrat, l'application d'un champ de contraintes ou l'introduction de légères modifications chimiques dans la couche ou à l'interface. Ce travail de thèse participe à cet effort en explorant les propriétés de transport et la structure fine des interfaces LaAlO3 / SrTiO3 dopées avec des atomes de métaux de transition. Il est centré sur la fabrication et l'étude d'interfaces LaAlO3 / SrTiO3 dopées avec des atomes d'iridium ou de cobalt. La croissance de nanostructures de haute qualité, typiquement LaAlO3 (5 u.c.) / SrTiO3 dopé (1 u.c.) / SrTiO3 (substrat), a été effectuée dans un bâti de dépôt laser pulsé (PLD) équipé d'un RHEED in situ. L'effet des dopants Ir ou Co sur les propriétés de transport et sur la structure électronique et atomique de l'interface LaAlO3 / SrTiO3 a été analysé en fonction du niveau de dopage grâce à une combinaison de différentes méthodes expérimentales et de calculs DFT. En particulier, des investigations par des techniques avancées comme la diffraction de photoélectrons sur synchrotron (XPD) et la microscopie électronique de résolution atomique en mode STEM-HAADF ont été mises en œuvre pour sonder la structure locale à l'interface et quantifier le niveau de déformation dans la couche LaAlO3. La structure électronique a été étudiée par spectroscopie de perte d'énergie électronique dans un STEM. Les résultats montrent qu'il est possible d'induire des changements dans les propriétés des interfaces LaAlO3 / SrTiO3 en dopant la surface de SrTiO3 avec un dopant et une concentration appropriés. En particulier, les effets du niveau de dopage sur la déformation élastique et les distorsions locales dans les couches LaAlO3 et ses conséquences sur les propriétés mesurées sont décrits. / The demonstration in 2004 of a metallic conductivity at the interface between two insulating oxides, SrTiO3 and LaAlO3, opened a new field for all-oxide electronics (A. Ohtomo & H. Y. Hwang, Nature 427, 2004). Beyond the important applicative potential of this discovery for multifunctional and low power electronics, many questions remain about the properties of such interfaces and the different ways to control them. The occurrence of a conductive behaviour of the LaAlO3 / SrTiO3 interface is attributed to the advent of an electronic reconstruction above a critical thickness of 4 unit cells (u.c.) of LaAlO3, in order to compensate the charge discontinuity at the interface between a polar (LaAlO3) and a non-polar (SrTiO3) materials. In addition to this effect, which implies an interface of excellent quality, various parameters are likely to affect the properties of this interface, and a major research effort aims to control and improve these properties by ways such as the change in the nature of the substrate, the application of a stress field or the introduction of slight chemical modifications in the layer or at the interface. This thesis participates to this effort by exploring the transport and structural behaviour of LaAlO3 / SrTiO3 interfaces doped with transition metal atoms. It focuses on the fabrication and study of LaAlO3 / SrTiO3 interfaces doped with iridium or cobalt atoms. High quality nanostructures, typically LaAlO3 (5 u.c.) / doped-SrTiO3 (1 u.c.) / SrTiO3 (substrate), were grown by pulsed laser deposition (PLD) equipped with in-situ RHEED. The effect of Ir or Co dopants on both the transport properties and the electronic and atomic structure of the LaAlO3 / SrTiO3 interface was analysed as a function of the doping level thanks to a combination of different experimental methods and DFT calculations. In particular, advanced investigations by hard X-ray photoelectron diffraction on a synchrotron facility and by atomically resolved high angle annular dark field- scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) were implemented to probe the local structure at the interface and quantify the level of strain in the LaAlO3. The electronic structure was investigated by electron energy loss spectroscopy in a STEM. Our results show that it is possible to induce changes in the properties of the LaAlO3 / SrTiO3 interfaces by doping the SrTiO3 surface with suitable dopant and concentration. In particular, effects of the doping level on the elastic deformation and the local distortions in the LaAlO3 layers and its consequences on the measured properties are described.

L'enjeu de cette thèse réside dans la compréhension et l'amélioration de la sulfuration de catalyseurs à base de W. Elle a pour objectif la rationalisation des différentes étapes de préparation de catalyseurs d'hydrotraitement de type NiWS depuis la préparation jusqu'au test catalytique par une approche moléculaire (appelée "chimie de surface contrôlée" ou CSC), ce qui permet de proposer de nouvelles voies pour lever le verrou majeur, lié à la mauvaise sulfuration du W. Au cœur de cette approche se situe l'utilisation d'une méthode de préparation originale, ayant recours à des composés moléculaires métallo-organiques bien-définis comme précurseurs de la phase sulfurée WS2, combinée à une analyse poussée par spectroscopies multiples (IR, RMN, XPS) et chimie computationnelle.La famille des alcoxydes de tungstène a été sélectionnée ; les précurseurs mono ou di-nucléaires tels que W(OEt)6, [W(=O)(OEt)4]2 ou [W(OEt)5]2 ont été greffés sur silice-alumine partiellement deshydroxylée, et leur conversion en phase sulfure a montré que le type de précurseurs moléculaires influençaient peu les propriétés des catalyseurs non promus (WS2/ASA), en termes de taux de sulfuration (déterminé par XPS) ou d'activité catalytique, en hydrogénation du toluène en présence d'aniline. Le composé [W(OEt)5]2 a ensuite été sélectionné pour approfondir l'étude des catalyseurs préparés par CSC.L'approche visant à améliorer la compréhension des différentes espèces de surface formées a été réalisée par l'étude des matériaux avant et après sulfuration. L'augmentation de la quantité de W déposé sur les matériaux CSC a permis de révéler la formation de (1) une couche d'espèces greffées sur la surface de silice-alumine, puis (2) de couches successives, formées d'espèces plus mobiles. L'étude portant sur la sulfuration de ces matériaux en fonction de leur teneur en W, et de la température de sulfuration, a permis de les comparer aux catalyseurs sulfurés dits "conventionnels". Cette étude approfondie a mis en évidence une amélioration de la sulfuration du W pour les matériaux CSC aux températures habituellement utilisées (350°C). La vitesse intrinsèque d'hydrogénation des catalyseurs CSC, jusqu'à deux fois supérieure à celle des catalyseurs conventionnels, a en partie été expliquée par un meilleur taux de sulfuration, et par la morphologie 2D des feuillets WS2 (STEM-HAADF), de forme triangulaire tronquée, dans le cas d'un catalyseur conventionnel.Finalement, ayant démontré que l'emploi d'espèces moléculaires mono et binucléaires permettait d'améliorer les catalyseurs non promus par rapport à l'approche conventionnelle utilisant des clusters polyanioniques, les catalyseurs promus de type NiW/ASA ont été étudiés. Différents précurseurs ont été utilisés (par exemple Ni(acac)2) ainsi que différentes méthodes de dépôt (dépôt du nickel sur un matériau sulfuré, ou non) et quantités de nickel. Ces travaux ont permis d'estimer l'influence de ces paramètres sur la sulfurabilité du W et du Ni, ainsi que sur l'activité catalytique des catalyseurs, et montrer que l'emploi d'une approche moléculaire dans la préparation des phases NiWS supportées permet d'améliorer la promotion des feuillets sulfures par le nickel, mais aussi d'accéder à des catalyseurs pouvant avoir des vitesses intrinsèques d'hydrogénation quatre fois supérieures celles de catalyseurs conventionnelles de référence. Ces résultats catalytiques sont très probablement liés à une balance optimisée entre "nature" et "quantité" de sites actifs mixtes Ni-W. Cela démontre l'intérêt d'une approche moléculaire pour la préparation de catalyseurs d'hydrotraitement plus performants.

Though ferroelectric HfO₂ thin films are now well characterized, little is currently known about their grain substructure. In particular, the formation of domain and phase boundaries requires investigation to better understand phase stabilization, switching, and phase interconversion. Here, scanning transmission electron microscopy is applied to investigate the atomic structure of boundaries in these materials. It is found that orthorhombic/orthorhombic domain walls and coherent orthorhombic/monoclinic interphase boundaries form throughout individual grains. The results inform how interphase boundaries can impose strain conditions that may be key to phase stabilization. Moreover, the atomic structure near interphase boundary walls suggests potential for their mobility under bias, which has been speculated to occur in perovskite morphotropic phase boundary systems by mechanisms similar to domain boundary motion.