LCC
Cocktail de catalyseurs
Il s’agit de développer des catalyseurs supportés en intégrant une utilisation ultra-rationnelle de la phase active (souvent constitué d’un métal critique) mais également du support qui peut également contribuer à la catalyse, de façon à obtenir une catalyse coopérative à partir de catalyseurs multifonctionnels.
Ce concept original combinant les activités de plusieurs espèces métalliques (nanoparticules, atomes isolés) et du support (via du spillover d’hydrogène) a été exploité pour améliorer sensiblement les performances de catalyseurs au palladium pour des réactions d’hydrogénation ou de catalyseur au nickel pour la réduction du CO2.
Cocktails de catalyseurs (crédit P. Serp / LCC Toulouse).
Références
Synergy between supported metal single atoms and nanoparticles and their relevance in catalysis
Serp P.
ChemCatChem 2023, 15(15), e202300545/1-12.
https://doi.org/10.1002/cctc.202300545
https://hal.science/hal-04174631
“Cocktail”-type catalysis on bimetallic systems for cinnamaldehyde selective hydrogenation: Role of isolated single atoms, nanoparticles and single atom alloys
Audevard J., Navarro-Ruiz J., Bernardin V., Philippe R., Corrias A., Tison Y., Favre-Réguillon A., Del Rosal I., Gerber I. C., Serp P.
Journal of Catalysis 2023, 425, 245-259.
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2023.06.023
https://hal.science/hal-04139552
Effects of Pd and Co intimacy in Pd-modified Co/TiO2 catalysts for direct CO2 hydrogenation to fuels: the closer not the better
Scarfiello C., Durupt A., Tison Y., Pham Minh D., Soulantica K., Serp P.
Catalysis Science & Technology 2024, 14(10), 2896-2907.
https://doi.org/10.1039/d4cy00324a
https://hal.science/hal-04552701
Acetophenone hydrogenation and consecutive hydrogenolysis with Pd/CNT catalysts: Highlighting the synergy between single atoms and nanoparticles by kinetic modeling
Bernardin V., Vanoye L., Rivera-Cárcamo C., Serp P., Favre-Réguillon A., Philippe R.
Catalysis Today 2023, 422, 114196/1-9.
https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.114196
https://hal.science/hal-04107663
Adjustment of the single atom/nanoparticle ratio in Pd/CNT catalysts for phenylacetylene selective hydrogenation
Audevard J., Navarro-Ruiz J., Bernardin V., Tison Y., Corrias A., Del Rosal I., Favre-Réguillon A., Philippe R., Gerber I. C., Serp P.
ChemCatChem 2023, e202300036/1-18.
https://doi.org/10.1002/cctc.202300036
https://hal.science/hal-04102599
Mechanism of hydrogen spillover on metal-doped carbon materials: surface carboxylic groups are key
Navarro-Ruiz J., Audevard J., Vidal M., Campos C. H., Del Rosal I., Serp P., Gerber I. C.
ACS Catalysis 2024, 14(9), 7111-7126.
https://doi.org/10.1021/acscatal.4c00293
https://hal.science/hal-04587084
Probing basal and prismatic planes of graphitic materials for metal single atom and subnanometer cluster stabilization
Vidal M., Pandey J., Navarro-Ruiz J., Langlois J., Tison Y., Yoshii T., Wakabayashi K., Nishihara H., Frenkel A. I., Stavitski E., Urrutigoïty M., Campos C. H., Godard C., Placke T., del Rosal I., Gerber I. C., Petkov V., Serp P.
Chemistry – A European Journal 2024, 30(50), e202400669/1-18.
https://doi.org/10.1002/chem.202400669
https://hal.science/hal-04677240
Deactivation of Pd/C catalysts by irreversible loss of hydrogen spillover ability of the carbon support
Vanoye L., Guicheret B., Rivera-Cárcamo C., Audevard J., Navarro-Ruiz J., del Rosal I., Gerber I. C., Campos C. H., Machado B., Volkman J., Philippe R., Serp P., Favre-Réguillon A.
Journal of Catalysis 2023, 424, 173-188.
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2023.05.006
https://hal.science/hal-04113228
Préparation de catalyseurs supportés par auto-assemblage.
L’utilisation de réactions d’auto-assemblage est une piste prometteuse pour le développement de nano-architectures originales pour des applications de catalyse.
Inspirés des Metal-Organic Frameworks, nous avons développé une voie de synthèse originale qui permet d’obtenir des assemblages de NPs métalliques (mais aussi d’atomes métalliques isolés) liés de manière covalente par des ligands organiques. Jusqu’à présent, plusieurs métaux (Ru, Co, Rh, Au) et trois motifs organiques ont été étudiés : les ligands à base de C60, de triphénylène ou d’adamantane.
La capacité de contrôler la dimensionnalité de l’assemblage est l’un des défis majeurs dans la conception et la compréhension de ces matériaux avancés qui se sont avérés très actifs et sélectifs dans des réactions de chimie fine.
Références
Covalent assemblies of metal nanoparticles – strategies for synthesis and catalytic applications
Y. Min, M. R. Axet, P. Serp
Dans « Recent Advances in Nanoparticle Catalysis« , edited by Nicholas Turner, Carmen Claver and Piet van Leeuwen, Springer, 2020, pp 129-197. DOI
3D Ruthenium Nanoparticle Covalent Assemblies from Polymantane Ligands for Confined Catalysis
Y. Min, H. Nasrallah, D. Poinsot, P. Lecante, Y. Tison, H. Martinez, P. Roblin, A. Falqui, R. Poteau, I. del Rosal, I. C. Gerber, J.-C. Hierso, M. R. Axet, P. Serp
Chem. Mater., 2020, 32, 2365-2378. DOI
Nanocatalysts for high selectivity enyne cyclization: oxidative surface reorganization of gold sub-2-nm nanoparticle networks
H. Nasrallah, Y. Min, D. Poinsot, T.-A. Nguyen, J. Roger, O. Heintz, F. Jolibois, R. Poteau, I. C. Gerber, Y. Coppel, M. L. Kahn, M. Rosa Axet, P. Serp, J.-C. Hierso
J. Am. Chem. Soc. Gold, 2021, 1, 187-200. DOI
Fig. : Réseau covalent de nanoparticules métalliques (crédit P. Serp).
Catalyse supportée en milieu confiné
Les effets de confinement en catalyse hétérogène ont fait l’objet d’une attention particulière car ils peuvent affecter activité catalytique, sélectivité, mais aussi stabilité.
Bien que la majorité des études portent sur des matériaux de type oxyde, et en particulier les zéolithes, les matériaux carbonés et notamment les nanotubes de carbone permettent également de tels effets.
Des stratégies sont donc étudiées de façon à confiner sélectivement la phase active pour mettre en évidence des effets de confinement dans diverses réactions (hydrogénation, synthèse Fischer-Tropsch).
Référence
Beyond confinement effects in Fischer-Tropsch Co/CNT catalysts
A. C. Ghogia, B. F. Machado, S. Cayez, A. Nzihou, P. Serp, K. Soulantica, D. Pham Minh
J. Catal., 2021, 397, 156-171. DOI
Fig. : Effets de confinement en catalyse supportée (crédit P. Serp).
Catalyse supportée pour l’hydrogénation du CO2.
Cette activité se concentre sur la réaction d’hydrogénation du CO2, avec pour objectifs un contrôle de la sélectivité de la réaction (CH4, CO, hydrocarbures) et un abaissement des températures de réactions.
Réaction de méthanation du CO2. Nos activités se concentrent sur la mise au point de catalyseurs capables de produire du méthane par la réaction de Sabatier à basses températures. Nos efforts se sont concentrés sur une optimisation d’un support TiO2, tant en jouant sur la nature des phases présentes (rutile et anatase), qu’en en modifiant la surface.
Réaction de Fischer-Tropsch directe à partir du CO2. L’hydrogénation du CO2 via le procédé de synthèse Fischer-Tropsch (CO2-FTS) produit du carburant synthétique ultra-propre. Cette réaction est généralement effectuée en deux étapes (voie indirecte), associant la production de gaz de synthèse par réaction inverse du gaz à l’eau dans un premier réacteur, et un procédé CO-FTS dans un second réacteur. La voie directe permet d’effectuer les deux réactions à plus basse température et dans un seul réacteur si l’on utilise du cobalt. C’est cette voie, qui nécessite l’utilisation de catalyseurs multifonctionnels qui fait l’objet de nos recherches.
Références
Origin of the synergetic effect between TiO2 crystalline phases in the Ni/TiO2 catalyzed CO2 methanation reaction
Messou, M. Borges Ordoño, A. Urakawa, F. Meunier, B. F. Machado, V. Collière, R. Philippe, V. Bernardin, P. Serp, C. Le Berre
J. Catal., 2021, 398, 14-28.
Tuning CO2 hydrogenation selectivity on Ni/TiO2 catalysts via sulfur addition
Le Berre, A. Falqui, A. Casu, T. T. Debela, M. Barreau, C. H. Hendon, P. Serp
Catal. Sci. Technol., 2022, 12, 6856-6864.
Low temperature Sabatier CO2 methanation
Molinet Chinaglia, S. Shafiq, P. Serp
ChemCatChem, 2024, 16, e202401213.
Modified Co/TiO2 catalysts for CO2 hydrogenation to fuels
Scarfiello, K. Soulantica, S. Cayez, A. Durupt, G. Viau, N. Le Breton, A. K. Boudalis, F. Meunier, G. Clet, M. Barreau, D. Salusso, S. Zafeiratos, D. Pham Minh, P. Serp
J. Catal., 2023, 428, 115202.
Effects of Pd and Co intimacy in Pd-modified Co/TiO2 catalysts for direct CO2 hydrogenation to fuels
Scarfiello, A. Durupt, Y. Tison, D. Pham Minh, K. Soulantica, P. Serp
Catal. Sci. Technol., 2024, 14, 2896-2907.
LCC CNRS
Laboratoire de chimie de coordination du CNRS
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