Contrôle nanomorphologique des matériaux (électro)catalytiques et développement d’outils de caractérisation spécifiques

Objectif : Contrôle morphostructural des catalyseurs et ajustement des propriétés chimiques, de l’échelle nanométrique jusqu’à la mise en forme (extrudés ou monolithes).

Traitement des polluants et matériaux pour l’adsorption

Cet axe thématique s’intéresse à l’élimination des polluants, minéraux et/ou organiques, en phase liquide ou en phase gaz. Les conditions opératoires s’attachent à être représentatives des milieux réels et font donc communément intervenir des mélanges complexes.

Selon la nature des polluants à traiter, les procédés mis en œuvre relèvent de l’adsorption et/ou de la catalyse.

Compte tenu de la diversité des applications et des conditions opératoires, les matériaux élaborés sont de différentes natures (matériaux poreux, métaux nobles supportés, oxydes fonctionnalisés…). Leurs propriétés physico-chimiques doivent être ajustées et caractérisées finement afin d’extraire les paramètres clés de leur activité.

L’axe s’intéresse à la valorisation thermo et électrochimique de matières premières biosourcées ou contribuant au réchauffement climatique (CO2, CH4 …) afin de diversifier les énergies (biocarburants, carburants de synthèse, vecteur énergétique hydrogène) et de concevoir de nouveaux modes de synthèse de molécules plateformes. L’objectif est de proposer des solutions susceptibles d’apporter des réponses aux défis scientifique et sociétal de la transition énergétique tout en préservant l’environnement (croissance durable).

Conversion chimique (thermo et électro) du CO2

  • Hydrogénation du CO2 en méthanol sur Cu-ZnO : élaboration de modèles prédictifs innovants basés sur la géométrie et la statistique permettant d’identifier la nature et la localisation des sites actifs et d’établir des relations structure/activité
  • Activation du CO2 par électroréduction pour la génération de molécules plateformes tels que l’acide formique sur des catalyseurs métalliques nanostructurés

Conversion chimique (thermo et électro) du CH4 issu du biogaz ou du gaz naturel 

  • Reformage catalytique du biogaz pour la génération de gaz de synthèse  (Projet FP7 Marie Curie People IRSES « No-Waste »: http://www.no-waste.net)
  • Promotion électrochimique de l’oxydation partielle du méthane en gaz de synthèse sur catalyseur à base d’oxydes conducteurs mixtes ioniques et électroniques
  • Aromatisation du CH4 sur catalyseurs bifonctionnels

Conversion thermochimique de polyols issus de la partie carbohydrate de la biomasse lignocellulosique

  • En alcanes incorporables au pool carburant sur catalyseurs hétérogènes bifonctionnels (systèmes mono et bimétalliques supportés sur oxyde acide)
  • En hydrocarbures à l’aide de zéolithes ; amélioration de la diffusion et modulation des propriétés acides par la création de mésopores et/ou de macropores dans les zéolithes (traitements post-synthèse ou utilisation d’agent structurant organique de type géminé lors de la synthèse)
  • En dihydrogène par reformage catalytique

Conversion thermochimique de déchets 

  • Pyrolyse flash catalytique

Electrocatalyse pour l’énergie

Dans cet axe de recherche, nous utilisons la surface du matériau d’électrode à la fois comme site réactionnel et comme donneur ou accepteur d’électrons. Il s’agit de combiner les concepts d’interface électrochimique à ceux de la catalyse hétérogène pour étudier sous potentiel et comprendre les propriétés catalytiques intrinsèques du site actif d’un matériau d’électrode en interaction avec une molécule réactive. Cela permet de développer des nanomatériaux performants et durables (métalliques, semi-conducteurs, …) avec des propriétés catalytiques pour piles à combustible, électrolyseurs, systèmes photo(électro)catalytiques, et biopiles.

Propulsion spatiale : catalyseurs et ergols

En construction…