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Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
EFCA - Programme Franco-Allemand : Catalyse Homogène et Hétérogène pour le Développement Durable (Environmentally Friendly homogeneous and heterogeneous Catalysis - EFC)

DEVELOPPEMENT DE NOUVEAUX CATALYSEURS D'AMMOXYDATION A BASE DE NITRURES ET D'OXY-NITRURES DE METAUX DE TRANSITION – AMMOXAN

Développement de nouveaux catalyseurs d'ammoxydation de structures anioniques basées sur des nitrures et des oxynitrures de métaux de transition

Développement de catalyseurs pour substituer le propane <br />au propène de plus en plus rare et cher. <br />

Développement de nouveaux catalyseurs d’ammoxydation avec des structures d'anion adaptées basées sur des nitrures et oxynitrides de métaux de transition

L’acrylonitrile est un grand intermédiaire de l’industrie chimique pour la synthèse de nombreux polymères et revêtements. Il est produit à partir de propène qui devient de plus en plus cher et rare. Ce projet visait à développer de nouveaux catalyseurs permettant d’utiliser le propane moins cher et abondant, qui présente un intérêt industriel vu son potentiel économique et sa durabilité, puisque son exploitation comme précurseur chimique permettrait d’utiliser plus efficacement les ressources naturelles (gaz et pétrole). Malgré beaucoup de recherches menées ces dix dernières années, des procédés à base de propane n’ont pas vu le jour. Il était donc nécessaire de développer de nouveaux catalyseurs. Pour cela nous avons essayé d'exploiter les propriétés uniques de structures comme celles de nitrures ou d’oxy-nitrures de métaux de transition. Une approche rationnelle a été suivie qui intègre la synthèse de catalyseurs, leur caractérisation, leurs tests et des études cinétiques et profite des compétences complémentaires des laboratoires. Pour explorer diverses applications potentielles des catalyseurs et pour mieux comprendre le rôle de leur structure, ces derniers ont été testés pour l’ammoxydation du propane et pour celle de la 3-picoline. Chacune des 2 réactions a été étudiée par un laboratoire pour augmenter la portée de la recherche.

Des catalyseurs à base d’oxy-nitrures sont préparés par nitruration d’oxydes mixtes sous ammoniac ou dans les conditions de catalyse. Ces catalyseurs étant amorphes, une approche multi-technique est nécessaire pour caractériser les sites actifs. Nous avons utilisé la DRX, l’analyse chimique, les spectroscopies Raman et XANES la RMN, la RPE et la microscopie électronique. Suite à leur caractérisation, les catalyseurs sont testés en ammoxydation du propane entre 480-520°C. Ils sont également testés dans une réaction basse température (300-400°C): l’ammoxydation de la 3-picoline. Différents paramètres sont étudiés comme les pressions partielles des gaz (propane, O2, NH3), la température ou le temps de contact afin de comprendre le mécanisme réactionnel. Après test catalytique les catalyseurs sont caractérisés pour mettre en évidence d’éventuelles transformations et tenter de relier les propriétés catalytiques et structurales ou texturales. Pour cela nous avons également caractérisé les catalyseurs dans les conditions de catalyse (operando) par spectroscopie d’émission (XES) et XANES et par RPE-uv-Raman. La caractérisation operando de catalyseurs par XES est une première mondiale.

Ce projet a permis de comprendre enfin l’origine des propriétés catalytiques des oxynitrures dans les réactions d’ammoxydation et de définir le site d’activation de l’alcane et d’insertion de l’azote. Une nouvelle méthode de synthèse de catalyseurs applicable à de nombreux oxydes binaires et permettant d’obtenir une bonne distribution des cations métalliques, a été mise au point. Ces résultats ont conduit à la mise au point de catalyseurs plus performants. L’étude a également montré que la spectroscopie d’émission de rayons X pouvait être utilisée en conditions operando pour caractériser des catalyseurs.

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Les résultats de ce projet ont déjà été concrétisés par six publications dans des journaux internationaux à fort impact (J. Catal., Catal. Today, ChemCatChem, Appl. Catal. A) et deux qui seront soumises avant la fin 2012 (J. phys. Chem. et Catal. Comm.). Bien que des catalyseurs performants aient été découverts aucun brevet n’a été pris.

Coordinateur du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

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Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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