Nouveaux composés pour le stockage de l'oxygène, l'oxydation et la réduction en dépollution automobile – CORAL

Les catalyseurs d’oxydation utilisés dans la motorisation Diesel (DOC) ont été développés pour oxyder le CO et les hydrocarbures. L’oxydation du NO est aussi considérée pour atteindre le ratio NO2/NOx appropriés pour le système aval de Réduction Catalytique Sélective (SCR) des NOx par l'ammoniac ou l'urée.
Le consortium CORAL a pour but d’ajuster judicieusement la composition chimique, la structure cristalline, la texture, la mobilité et le stockage de l’oxygène des oxydes à base de Ce/Zr/Pr afin de concevoir des catalyseurs DOC et SCR plus efficaces et plus robustes que ceux décrits dans l’état de l’art. Compte tenu de la bonne connaissance par le consortium du diagramme de phases CeO2-ZrO2-PrOx, deux principales familles d’oxydes peuvent être considérées. La première est riche en (Ce,Pr) et contient majoritairement du Pr4+ et est de ce fait adaptée à la catalyse d’oxydation DOC. La seconde est riche en Zr avec un fort taux de Pr3+ et représente les catalyseurs de réduction SCR.
Le premier objectif du projet CORAL est d’optimiser le taux de Pr en explorant plus en détails le diagramme de phases CeO2-ZrO2-PrOx. Le deuxième objectif est d’introduire directement les métaux précieux (PGM) par des réactions hydrothermales durant la synthèse des oxydes complexes afin de contrôler le taux et la nature des PGM dans les processus d’oxydation DOC. Le troisième objectif est de stabiliser un faible taux de Fe2+/Fe3+ qui se comporte comme un acide de Lewis au sein du réseau à base de terres rares et de Zr et permettre ainsi d’améliorer l’efficacité lors de la réduction SCR. Afin de limiter les risques, d’optimiser les surfaces spécifiques, la pureté des phases et la stabilité thermique, les voies hydrothermales sont préférentiellement choisies pour incorporer des métaux de transition dans les réseaux d’oxydes à base de terres rares. D’autres métaux de transitions comme le Nb5+ en tant qu’acide de Lewis seront aussi évalués.
L’activité catalytique des systèmes PGM supportés sur des matrices oxydes pour la combustion des hydrocarbures est fortement liée à la mobilité de l’oxygène au sein du réseau d’oxyde. Dans un quatrième objectif, la mobilité de l’oxygène dans des conditions réelles d’utilisation des catalyseurs sera évaluée à partir de méthodes complémentaires mettant en oeuvre des pastilles denses ou des poudres de grande surface spécifique. Dans un cinquième objectif autour des composites PGM/oxydes riches en (Ce,Pr), trois réactions d’oxydation pour évaluer les performances DOC seront suivies : l’oxydation du CO, du propane et du NO alors que pour les phases riche en Zr, les performances Urée-SCR seront mesurées dans des conditions réelles à l’échelle du laboratoire. Finalement, dans un dernier objectif, ces catalyseurs innovants seront caractérisés à l’aide de techniques performantes comme la microscopie électronique environnementale (E-TEM) pour analyser et comprendre l’interaction PGM/oxyde à l’échelle nano ou encore les spectroscopies IR/Raman en mode Operando afin d’évaluer les propriétés de nouveaux catalyseurs DOC et SCR dans des conditions réelles d’utilisation.
Quatre ‘Work Package’ interdépendants sont proposés autour de quatre partenaires académiques (ICMCBordeaux, IC2MPoitiers, IRCELYON, LCS-ENSICaen).
Le projet CORAL s’inscrit bien dans le Défi 3 lié à ‘Stimuler le renouveau industriel’ avec le développement de nouveaux catalyseurs hétérogènes pour la protection de notre environnement. De plus, ce projet colle idéalement avec les objectifs de l’orientation 14 : ‘Conception de nouveaux matériaux’.
Le groupe PSA en tant que constructeur automobile a un fort intérêt pour la recherche fondamentale dans ce domaine et en particulier les percées technologiques ciblées. En cas de succès, PSA sera sollicité pour valoriser les résultats du consortium CORAL et évaluer les catalyseurs innovants les plus efficaces dans des conditions réelles de fonctionnement.