Signatures RMN de Clusters et Particules de Platine – Pt-NMR

La catalyse hétérogène est une science indispensable à nos sociétés modernes permettant la synthèse et la transformation des produits chimiques de façon plus durable. Les catalyseurs hétérogènes se composent souvent d'espèces métalliques dispersées sur un matériau supports. Parmi les différents métaux employés, le platine est omniprésent en catalyse, ou les nanoparticules (NPs) et les clusters de platine et de platine allié supportés par des oxydes métalliques de grande surface (tels que SiO2, Al2O3, CeO2 et Fe2O3) sont largement utilisés dans les secteurs pétrochimique, pharmaceutique et agrochimique.

En raison de la faible quantité de sites actifs et de la nature mal définie des catalyseurs industriels, la détermination de la géométrie, de la structure électronique et de la réactivité des sites actifs représente un véritable défi. Même si des techniques complémentaires telles que la spectroscopie, la microscopie et les calculs sont utilisées conjointement, ceux-ci ne peuvent être abordée sans ambiguïtés. Le développement de nouvelles approches synthétiques et de méthodes de caractérisation est donc nécessaire pour faire la lumière sur ces systèmes catalytiques, dans le but de rationaliser la conception des catalyseurs.

La spectroscopie RMN du 195Pt à l'état solide est récemment apparue comme un outil prometteur pour sonder directement l'environnement des espèces de Pt moléculaires et des sites de Pt isolés sur un support oxyde, mais d'importants obstacles empêchent encore son application à une large gamme de systèmes d'intérêt chimique, tels que les clusters de métaux et les nanoparticules. Dans ce projet, nous contournerons ces obstacles en développant et en mettant en œuvre des méthodes avancées et très sensibles de RMN à l'état solide, complétées par des analyses computationnelles, afin d'étudier l'environnement de coordination, la structure électronique et, finalement, la réactivité des catalyseurs à base de Pt supportés.

Nous commencerons par générer et caractériser des systèmes modèles de nucléarité différentes et contrôlées, basés sur des clusters à base de Pt bien définis, de tailles, de formes, de compositions métalliques et de ligands de surface variés. Cette plateforme synthétique unique permettra une caractérisation approfondie des matériaux supportés et des précurseurs moléculaires à l'aide d'outils spectroscopiques de pointe (FTIR, XAS, PDF, XPS et NMR) et de techniques d'imagerie avancées (HT-TEM, STEM, EDX). Nous développerons ensuite des expériences de corrélation hétéronucléaire multidimensionnelle qui permettront d'accéder aux signaux RMN du 195Pt des sites de surface du platine via une détection indirecte sur les noyaux sondes des ligands sous rotation rapide à l’angle magique et polarisation nucléaire dynamique. En parallèle, une méthode de calcul adaptée sera développée afin de comprendre l'interaction entre nanoparticules et support, ainsi que les changements dans les signatures spectroscopiques lors du dépôt. Ces techniques seront enfin utilisées pour acquérir les signatures RMN des sites de Pt greffés et les comparer à celles dérivées des nanoparticules de Pt supportées préparées par des approches plus classiques, dans le but ultime d'établir des relations structure-activité.