Le développement de catalyseurs d’hydrotraitement bi-promus au cobalt et au nickel pourrait être une réponse à l’élimination du soufre dans les charges lourdes du pétrole. Les phases actives de ces catalyseurs sont des phases de type sulfures métalliques, "CoMoS" ou "NiMoS", formées lors de l’étape de sulfuration des précurseurs oxydes supportés sur alumine. Notre étude porte sur la préparation et caractérisation de catalyseurs d'hydrotraitement bi-promus préparés à partir de sels de cobalt/nickel de l’hétéropolyanion d’Anderson [Co2Mo10O38H4]6-. Différents prétraitements ont été effectués (séchage, déshydratation et calcination) pour mieux comprendre l’effet de la structure oxyde initiale sur la formation de la phase active et corréler l’évolution des propriétés catalytiques aux changements de structure locale des catalyseurs. Les phases actives ont été caractérisées par XPS et TEM et reliées aux performances catalytiques. Les récents développements dans le domaine de la spectroscopie d’absorption X (XAS) avec une résolution temporelle de quelques centaines de ms, notamment sur la ligne de lumière ROCK au synchrotron SOLEIL, permettent d’obtenir une description complète et fine du traitement en température à 400°C sous 10% H2S/H2 requis pour activer le catalyseur. L’analyse en composantes principales (ACP) et la résolution de courbes multivariées (MCR-ALS) ont été utilisées dans ce travail pour décomposer la matrice des données expérimentales XAS obtenues durant la sulfuration et accéder aux spéciations du molybdène, du nickel et du cobalt. Ces spéciations sont en particulier discutées en regard de la nature du précurseur oxyde et de son prétraitement avant activation. / The development of bi-promoted cobalt and nickel hydrotreating catalysts could be a response to the removal of sulfur from heavy petroleum products. The active phases of hydrotreating catalysts are metal sulphide phases called "CoMoS" or "NiMoS", formed during the sulfidation of the oxide precursors supported on alumina. Our study focuses on the preparation and characterization of bi-promoted hydrotreating catalysts prepared from cobalt/nickel salts of Anderson's dimeric heteropolyanion [Co2Mo10O38H4]6-. Various pretreatments were carried out (drying, dehydration and calcination) in order to better understand the effect of the initial oxide structure on the formation of the active phase. The evolution of the catalytic properties can then be correlated to the changes in the local structure of the catalysts. The active phases were characterized by XPS and TEM and related to the catalytic performances. Recent developments in the field of sub-seconds time resolution for X-ray absorption spectroscopy (XAS), particularly on the ROCK beamline at SOLEIL synchrotron, provide a complete and fine description of the sulfidation at 400°C under 10% H2S/H2 required to activate the catalyst. Principal Component Analysis (PCA) and Multivariate Curve Resolution (MCR-ALS) were used to decompose the experimental matrix of the XAS data obtained during sulfidation to get the speciation of molybdenum, nickel and cobalt. These speciations are in particular discussed in the light of the nature of the oxide precursor and the pretreatment applied before activation.

Le CO2 et la biomasse sont abondants dans la nature. La conversion de ces deux éléments constitutifs en carburants ou en produits chimiques à valeur ajoutée par des méthodes électrochimiques est essentielle pour atténuer la crise énergétique et réduire la pollution de l'environnement, ainsi que pour atteindre la carbone neutralité. Au cours des dernières décennies, de nombreux efforts ont été consacrés à ce domaine, mais la plupart d'entre eux se concentrent sur la conception de catalyseurs et l'amélioration des performances, et seules quelques recherches se concentrent sur de nouvelles réactions ou sur le mécanisme de ces réactions. Ici, nous développons une série de nouvelles réactions et étudions les mécanismes de ces réactions en utilisant la spectroscopie in situ, les principaux résultats sont les suivants : 1) Les réactions de réduction du furfural ont été menées en utilisant une feuille de Cu électrochimique comme catalyseur, et l'alcool furfural (FA, efficacité faradique, FE : 43,0%) et le 2-méthylfurane (MF, FE : 57,5%) ont été obtenus après électrolyse sous -0,43V (par rapport à l'électrode à hydrogène réversible, RHE). Les effets des différentes facettes du catalyseur sur la sélectivité ont été étudiés, et le Cu (110) produit préférentiellement de l'AF, tandis que les défauts sont les sites actifs pour la formation de MF. La spectroscopie Raman operando a montré que la production de FA et de MF partage le même intermédiaire à l'étape initiale, avec différents sites actifs conduisant aux différentes voies entre les étapes intermédiaires et suivantes et générant différents produits. 2) Des produits de liaison C-N (acétamide et formamide) ont été obtenus par la réaction de réduction du CO2 (CO2RR) avec la combinaison du substrat NH3 et des électrocatalyseurs commerciaux à base de nanoparticules de Cu ou de CuO. Avec l'optimisation, la FE maximale de ces deux produits est de ~10% au total, et la meilleure condition de réaction est 50mg Cu NPs, 1M KOH, avec 0.3M NH3, à -0.78V (vs. RHE) pendant 30 mins. L'IR in situ a montré que la formation de formamide et de formate partage le même intermédiaire, et que la production d'acétamide et d'acétate subit une voie de réaction similaire. 3) L'hydroxyméthanesulfonate (HMS), le sulfoacétate (SA) et le méthanesulfonate (produits de liaison C-S, FE représente 6% au total) ont été obtenus par le couplage CO2RR avec l'ajout de sulfite (SO32-), et des NPs de Cu2O synthétisées par la méthode de chimie humide ont été utilisées comme électrocatalyseurs. Parmi ces trois composés à liaison C-S, le HMS est le principal produit, la FE pouvant atteindre un maximum de 6 %. Le XRD in situ a montré que Cu0 est l'espèce active pour le processus de couplage C-S. Les calculs operando Raman et DFT ont montré que *CHOH est l'intermédiaire clé dans la formation de la liaison C-S, et que le couplage entre *CHOH et SO32- est l'étape qui détermine le taux. / CO2 and biomass are abundant in nature. Conversion of these two building blocks into fuels or value-added chemicals by electrochemical methods is essential for alleviating the energy crisis and reducing environmental pollution, and achieving carbon neutrality. In the past few decades, much effort has been devoted to this field, but most of this focuses on the design of catalysts and improvement of the performances, and only few research thrusts focus on new reactions or the mechanism of these reactions. Herein, we develop a series of new reactions and investigate the mechanisms of these reactions by using in-situ spectroscopy, the main results are shown as follows: 1) Furfural reduction reactions were conducted by using an electrochemical roughed Cu foil as the catalyst, and furfural alcohol (FA, Faradaic efficiency, FE: 43.0%) and 2-methylfuran (MF, FE: 57.5%) were obtained after electrolysis under -0.43V (vs. reversible hydrogen electrode, RHE). The effects of different facets on the selectivity were investigated, and Cu (110) is preferential to produce FA, while defects are the active sites for the formation of MF. Operando Raman spectrum showed that the production of FA and MF share the same intermediate at the initial stage, with different active sites leading to the pathway differential on the intermediate of the following steps and generating different products. 2) C-N bond products (acetamide and formamide) were obtained by CO2 reduction reaction (CO2RR) with the combination of NH3 reactants and commercial Cu or CuO nanoparticle (NPs) electrocatalysts. The maximum FE of these two products is ~ 10% in total. With optimization, we found a higher pH, thicker catalyst layer, and larger size of cations are beneficial to the production of acetamide. This can be attributed to the higher production of C2 intermediate and further leads to a higher FE of acetamide. In-situ IR showed that the formation of formamide and formate share the same intermediate, and the production of acetamide and acetate undergoes a similar reaction pathway. The mechanism can help to design the new next generation catalyst with a higher efficiency, which is beneficial to the future application of this reaction in chemical industry. Nitrate and nitrite are used instead of ammonia as nitrogen sources to produce C-N bond compounds, which suggests that this reaction provides a new possibility for organic synthesis. In all, this reaction expands the scope of the CO2RR application, and is also good for the development of organic synthesis. 3) Hydroxymethanesulfonate (HMS), sulfoacetate (SA) and methanesulfonate (C-S bond products, FE is 6% in total) were obtained by coupling CO2RR with the addition of sulfite (SO32-), and Cu2O NPs which synthesized by the wet chemistry method were used as electrocatalysts. Among these three C-S bond compounds, HMS is the main product, FE can reach 6% maximum. In-situ XRD showed that Cu0 is the active species for C-S coupling process. Operando Raman and DFT calculation further showed that *CHOH is the key intermediate in the C-S bond formation, and the coupling between *CHOH and SO32- is the rate-determining step. The discovery of reaction intermediates opens up the possibility of designing highly efficient catalysts, which can promote the application of this reaction in real industries. Also, this reaction provides a new possibility to synthesize C-S bond products, which have the potential to partially replace traditional organic synthetic routes with greener and more sustainable procedures.

Le développement de technologies électrosynthétiques pour la production de H2O2 est attrayant du point de vue de la durabilité. L’utilisation de dioxyde de carbone et/ou d’espèces carbonatées comme médiateurs dans l’oxydation de l’eau en peroxyde est apparue comme une voie viable pour y parvenir, mais de nombreuses questions demeurent quant au mécanisme qui doit être abordé avant que des systèmes pratiques n’émergent. À cette fin, ce travail combine des méthodes électrochimiques et spectroscopiques pour étudier les voies de reaction possibles et les facteurs influençant l'efficacité de cette réaction. Nos résultats électrochimiques indiquent que le CO32- est l'espèce clé qui subit une oxydation électrochimique, avant de réagir avec l'eau loin de la surface du catalyseur vers la production de H2O2. Grâce à des expériences spectroélectrochimiques infrarouges et Raman, nous avons noté que l'épuisement du CO32- est un facteur clé qui limite la sélectivité du procédé. À son tour, l'application de l'électrolyse pulsée peut augmenter cela, avec un ensemble initial de paramètres optimisés augmentant la sélectivité de 20 % à 27 %. Dans l’ensemble, ces travaux contribuent à ouvrir la voie au développement futur d’un système électrosynthétique H2O2 pratique. / The development of electrosynthetic technologies for H2O2 production is appealing from a sustainability perspective. The use of carbon dioxide and/or carbonate species as mediators in water oxidation to peroxide has emerged as a viable route to do so but still many questions remain about the mechanism that must be addressed before practical systems emerge. To this end, this work combines electrochemical and spectroscopic methods to investigate possible reaction pathways and factors influencing the efficiency of this reaction. Our electrochemical results indicate that CO32- is the key species that undergoes electrochemical oxidation, prior to reacting with water away from the catalyst surface en route to H2O2 production. Through spectroelectrochemical infrared and Raman experiments, we noted that CO32- depletion is a key factor that limits the selectivity of the process. In turn, showed how the application of pulsed electrolysis can augment this, with an initial set of optimized parameters increasing the selectivity from 20% to 27%. In all, this work helps pave the way for future development of practical H2O2 electrosynthetic system.