Les travaux dont les résultats sont présentés dans ce manuscrit ont été menés dans le but de préparer des matériaux catalytiques à base de métaux nobles pour l'élimination de certains composés organiques volatils (COV). Différents catalyseurs à base de platine ont ainsi été préparés et leurs performances catalytiques évaluées pour l'oxydation de deux polluants : le n-butanol et l'acide acétique. Une première étude sur l'élimination oxydative et non-oxydative du n-butanol sur des catalyseurs à base de platine supportés sur alumine a été menée. Ce travail a porté essentiellement sur l'étude de l'effet des différents paramètres intervenant dans la réaction (oxygène, eau, métal). Le phénomène d'adsorption-désorption du polluant à la surface du catalyseur a également été étudié. S'inspirant des données de la littérature sur les propriétés redox particulières de la cérine, les travaux ont ensuite porté sur l'effet de l'ajout de CeO2 à des catalyseurs de type Pt/Al2O3 pour l'oxydation du n-butanol et de l'acide acétique. La modification des propriétés redox et acido-basiques ainsi que celle des performances catalytiques du matériau observées avec l'ajout de CeO2 a permis d'établir une corrélation entre activité catalytique en oxydation, capacité de stockage de l'oxygène et basicité. Cette corrélation a été confirmée dans la dernière étude menée sur des catalyseurs mis en forme de type monolithes enduits avec différents matériaux (Pt/Al2O3, Pt/CeO2, Pt/ZrO2, Pt/Al2O3-CeO2, Pt/Al2O3-ZrO2 et Pt/CeO2-ZrO2). / The results presented in this manuscript have aimed at preparing catalytic materials based on noble metals for the removal of volatile organic compounds (VOC). Thus, different platinum based catalysts have been prepared and their catalytic performances have been evaluated for n-butanol and acetic acid oxidation. A first study on oxidative and non-oxidative removal of n-butanol over alumina supported platinum based catalysts has been performed. This work focused on the study of the effect of the different parameters involved in the reaction (oxygen, water, metal). The adsorption-desorption phenomenon of the pollutant on the catalyst surface has also been studied.Inspired by the literature on the specific redox properties of ceria, the work was then focused on the effect of the addition of CeO2 to Pt/Al2O3 catalysts for n-butanol and acetic acid oxidation. The modification of the redox and acid-base properties as well as that of the catalytic performances of the material with the addition of CeO2 allowed to establish a relationship between catalytic oxidation activities, oxygen storage capacity and basicity. This correlation has been confirmed in the last study performed on the monolithic catalysts coated with different materials (Pt/Al2O3, Pt/CeO2, Pt/ZrO2, Pt/Al2O3-CeO2, Pt/Al2O3-ZrO2 and Pt/CeO2-ZrO2).

Pour la première fois l'oxydation partielle du méthane en gaz de synthèse a été effectué en présence de pérovskites lamellaires Nd2-xCaxCoO4±δ et La2-xSrxCoO4±δ (x = 0.75; 1.0). Nouveau catalyseur d'oxydation partielle NdCaCoO3.96 de méthane a été suggéré qui permet d’obtenir la sélectivité en gaz de synthèse proche de 100% avec 90% de la conversion de CH4 (T = 900ºC; CH4/O2 = 2; W = 20 L·g-1·h-1; brevet russe № 2433950, 21/04/2010). Le catalyseur a été active et stable au moins 140 h, aucune tendance à la désactivation n’a été observée. Sur la base des analyses DRX, MEB et MET, il a été déterminé que l'activité et la sélectivité élevées de NdCaCoO3.96 ainsi que la stabilité dans l'oxydation partielle du méthane sont dues à sa transformation au cours de la réaction de la structure initiale en des nanoparticules de cobalt métallique dispersées dans Nd2O3-CaO matrice. Il a été observé que l'activité des pérovskites lamellaires dans l'oxydation partielle du méthane dépend à la fois de la taille des particules métalliques actives formées et à la stabilité de la structure initiale. / For the first time partial oxidation of methane to synthesis gas over layered perovskite-type oxides Nd2-xCaxCoO4±δ and La2-xSrxCoO4±δ (x = 0.75; 1.0) was investigated. New catalyst NdCaCoO3.96 for partial oxidation of methane was suggested allowing the selectivity toward synthesis gas close to 100% with 90% of CH4 conversion (T = 900ºC; CH4/O2 = 2; W = 20 L·g-1·h-1; Russian patent № 2433950, 21/04/2010). The catalyst was active and stable at least for 140 h, no trend to deactivation was observed. Based on XRD, SEM and TEM results it was determined that high activity and selectivity of NdCaCoO3.96 as well as stability in partial oxidation of methane are due to its transformation during reaction of initial structure to nanosized particles of metallic cobalt dispersed in Nd2O3-CaO matrix. It was observed that the activity of synthesized layered perovskite-type oxides in partial oxidation of methane depends both on the size of the formed active metallic particles and on the stability of initial structure.

Les nanoparticules d'or de petite taille (< 5 nm) sont des matériaux qui présentent une bonne activité catalytique dans des réactions d'oxydation, et ce dans des conditions relativement douces. Cependant, il est difficile d'obtenir des nanoparticules monodisperses et de taille inférieure à 5 nm. En ce sens, les clusters d'or sont intéressants, car ce sont des composés atomiquement définis avec une formulation propre. Cela signifie que dans un cluster, le nombre d'atomes d'or et de ligands le stabilisant est déterminé. Comme ils peuvent être isolés purs, ils constituent donc une classe de nanoparticules parfaitement monodisperses. Nous nous sommes intéressés, dans le cadre de cette thèse, à la synthèse de clusters d'or et à leur assemblage afin d'avoir des catalyseurs atomiquement définis. Les nanoparticules d'or sont souvent utilisées après dépôt sur un support, résultant en la perte de surface accessible. Nous voulons donc utiliser ces clusters (i) comme espèces moléculaires déposées sur un support et (ii) comme briques moléculaires pour l'assemblage de réseaux tridimensionnels où la porosité permettrait la diffusion des réactifs/produits pour s'affranchir des effets de supports. Notre étude porte donc sur la synthèse de clusters d'or et nous nous sommes également intéressés aux polymères de coordination d'or (I), un intermédiaire de réaction important dans la synthèse de clusters et à ses propriétés photophysiques. Afin d'avoir des clusters avec une fonction externe permettant de les assembler ou de les déposer sur un support, nous avons développé une nouvelle voie de synthèse de clusters stabilisés par des ligands de type thiophénolates para-substitués. Nous avons ainsi isolé de nouveaux clusters stabilisés par des ligands hétérotopiques comme [Au25(SPh-pNH2)17]. Ces composés ont ensuite été déposés sur un support mésoporeux (SBA-15) et utilisés comme catalyseurs dans différentes réactions d'oxydation. Nos résultats montrent que les clusters d'or sont donc des précurseurs moléculaires permettant de préparer des catalyseurs efficaces, ayant une petite taille de particules (1-2 nm) et présentant des activités catalytiques très élevées comparativement aux matériaux de référence / Small gold nanoparticles (< 5 nm) are materials presenting a good catalytic activity in oxidations reactions, especially under soft conditions of temperature and pressure. However, it can be difficult to obtain monodisperse particles with a diameter less than 5 nm. In this sense, gold clusters are interesting, because they are atomically defined compounds, presenting a proper formulation. This means that the number of gold atoms and of stabilizers in the clusters are defined and, as they can be isolated pure, they constitue a novel class of perfectly monodisperse nanomaterials. Therefore, we are interested, in this thesis, in the synthesis and assembly of gold clusters. Indeed, gold nanoparticles are usually deposited on a support, resulting in the loss of accessible area. We therefore wanted to use gold clusters as (i) molecular species deposited on a support and (ii) as building blocks to assemble and organize tridimensional networks where the porosity permits the substrates/products diffusions and avoid the support effects. Our study deals with the synthesis of gold clusters, and we are also interested in the gold (I) coordination polymers, which are important reaction intermediates formed during the clusters synthesis and to its photophysical properties. In order to have clusters presenting external functions enabling their assembly or deposition on a support, we developed a novel synthesis suitable for para-substituted thiophenolates. We managed to isolate new clusters stabilized by heterotopic ligands such as [Au25(SPh-pNH2)17]. Those compounds have been deposited on a mesoporous support and used as oxidative catalysts. Our results show that gold clusters are molecular precursors that permit to prepare effective catalysts with narrow particle size (1-2 nm) and presenting high catalytic activity compared to the one exhibited by reference materials

Les composés organiques volatils comme le formaldéhyde sont des polluants nocifs pour la santé humaine et leur décomposition en composés moins toxiques est fortement étudiée. Ainsi, différents catalyseurs à base d’oxyde métallique permettant une décomposition thermique efficace du formaldéhyde ont été développés. Dans cette optique, les catalyseurs à base d’oxyde métalliques sont souvent présentés comme des catalyseurs prometteurs. Ce travail consiste à préparer des catalyseurs à base de cobalt et/ou de manganèse supportés sur zircone destinés à l’oxydation du formaldéhyde. Les catalyseurs ont été synthétisés par imprégnation en excès de volume (méthode classique) en modifiant la solution métallique par ajout de cyclodextrines.Dans ce travail, différents paramètres tels que le précurseur métallique, la nature de la cyclodextrine et la quantité de cyclodextrines ont été étudiés. Un effet bénéfique de l’ajout de cyclodextrines sur l’activité catalytique est obtenu et le rôle des cyclodextrines lors de chaque étape de la préparation (dans la solution d’imprégnation, avant l’activation et après l’activation) a été abordé. Les interactions entre la cyclodextrine et le précurseur métallique en solution modifient le processus d’activation permettant ainsi la formation de petites particules plus actives.En complément à ce travail, les cyclodextrines ont également été utilisées pour préparer par précipitation assistée une zircone présentant une structure cristalline purement quadratique. La stabilisation de la phase quadratique ayant lieu grâce à la formation d’un précurseur nouveau composé de cyclodextrines incorporées dans le polymère d’oxohydroxyde de zirconium. Cette nouvelle méthode de synthèse a été adaptée pour préparer un oxyde mixte MnOx-ZrO2 qui s’est révélé particulièrement actif dans la réaction d'oxydation du formaldéhyde. / Volatile organic compounds, such as formaldehyde are currently health concern and their elimination into harmless compounds is of great importance. Different catalysts metal oxides have been developed to decompose formaldehyde under thermal treatments. The present work aims at developing cobalt and/or manganese oxides catalysts supported on zirconia designed for the deep oxidation of formaldehyde. The catalysts have been synthesized by classical wet impregnation method and the started metal solution has been modified by the controlled addition of cyclodextrins.The influence of different parameters, such as the metal precursor, the nature of the cyclodextrin nature and the amount of the cyclodextrin has been studied. A beneficial effect of cyclodextrins addition on the catalytic activity has been obtained and the role of the cyclodextrins at each stage of the preparation has been investigated (i.e. in impregnating solution, before activation and after activation). Interactions occurring in the aqueous phase between the cyclodextrin and the metal precursor modify the activation process leading to the formation of small particles size more active.As an extension, cyclodextrins have also been used to prepare by simple synthesis procedure of single-phase tetragonal zirconia. The stabilization of the tetragonal phase is suggested to occur via the formation of a composite material precursor composed of incorporated cyclodextrin within the polymeric zirconium hydroxide. Finally, the effect of the cyclodextrin modified zirconium hydroxide was adapted in the preparation of a very efficient mixed oxide MnOx-ZrO2 in the oxidation of formaldehyde.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à la caractérisation de matériaux à base d'argiles naturelles en provenance d'Algérie et de Tunisie, pouvant être utilisés en tant que catalyseurs dans l'oxydation de polluants organiques par les réactions Fenton et photo-Fenton. Nous avons également optimisé les paramètres réactionnels (quantité de catalyseur, concentration en polluant...) dans le but d'améliorer les performances catalytiques de ces derniers. En effet, l'oxydation de polluants organiques récalcitrants par des réactions de type Fenton est considérée comme l'une des techniques les plus performantes parmi les procédés d'oxydation avancée (POA). Elle permet d'aboutir dans certains cas au stade ultime de l'oxydation qui est la minéralisation (transformation en CO₂ et H₂O). La caractérisation des argiles à l'état brut par différentes techniques physico-chimiques montre qu'en plus des matériaux argileux, il existe quelques oxydes métalliques dans toutes les argiles étudiées, avec des proportions plus ou moins variées. En particulier, la smectite a montré une contenance assez importante en fer. Les argiles synthétisés montrent une très bonne performance catalytique en un minimum de temps (2 heures de réaction). Le catalyseur à base de smectite calciné à 450°C et tamisé donne le meilleur rendement catalytique. Cette activité peut être expliquée par la forte teneur en fer ainsi qu'à la combinaison entre le choix de la taille des particules et la température de calcination de la smectite. La caractérisation de ce catalyseur a montré que ce matériau mésoporeux contenait une quantité de fer (III) stabilisée dans la structure par le fait de la calcination. / In this study, we are interested to the synthesis and charaterization of materials based on natural clays from Algeria and Tunisia, usable as catalysts in the oxidation of organic pollutants by the Fenton's and photo-Fenton's reaction. We have also optimized the reaction parameters (amount of catalyst, concentration of pollutant...) in order to improve the catalytic performance of these catalysts. Indeed, the oxidation of recalcitrant organic pollutants by Fenton-type reactions is regarded as one of the most effective method amongst the advanced oxidation process (AOPs). It can lead in some cases to the total mineralization of pollutants (conversion into CO₂ and H₂O). The caracterization of the raw clays various physicochemical methods shows that, in addiction to clay minerals, there are some metallic oxides in all studied clays, with varied proportions. Especially, smectite showed a fairly significant iron capacity. The synthesized clays show a good catalytic performance in minimum of time (2 hours of reaction). The smectite catalyst, sieved and calcined at 450°C gives the best performance. This activity can be explained by the high content of iron as well as the combination of the choice of particle size and the calcination temperature of the smectite. The caracterization of this catalyst, showed that this mesoporous material contains an amount of iron (III) stabilized in the structure by the fact of calcination.