Vous êtes ici : Accueil > Annuaire > Annuaire du laboratoire (...) > Royer Sébastien

Royer Sébastien

Maître de Conférences

site du projet CAT financé par l’ADEME

Coordonnées

Université de Poitiers SFA- IC2MP
Bâtiment B27 - Bureau 237
4, rue Michel Brunet (B27)
86022 POITIERS
Tél. : +33 (0)5 49 45 34 79
Fax : +33 (0)5 49 45 33 78
Courriel : sebastien.royer[at]univ-poitiers.fr

Thèmes de recherche

  • Synthèses oxydes et oxydes-mixtes massiques (complexation, coprécipitation, combustion, voies non aqueuses…)
  • Synthèse de supports poreux pour la catalyse
  • Optimisation des techniques de déposition de phases actives de type oxyde / oxyde-mixte
  • Réactivité des espèces oxygénées de surface et de réseau des oxydes
  • Catalyse environnementale

E1. Oxydes mixtes massiques

Les pérovskites sont des composés mixtes, de formule générale ABC3, dont certaines compositions sont connues depuis le début des années 70 pour leurs activités en oxydation de composés organiques volatiles (Voorhoeve et al. Science 177 (1972) 353). Différents mécanismes d’oxydation sont définis dans la littérature selon que la réaction d’oxydation est effectuée à basse température (typiquement dans le cas de l’oxydation de CO ou des alcools légers) ou à haute température (cas de l’oxydation des hydrocarbures réfractaires comme le CH4). L’étude de la mobilité des différentes espèces oxygène à conduit à l’élaboration d’un modèle (Figure 1) distinguant :

  • la mobilité des oxygènes de surface
  • la mobilité des oxygènes des joints de grain, discontinuités dans les cristaux et connus pour être des chemins diffusionnels préférentiels
  • la mobilité des oxygènes du cœur des cristaux, ou oxygène du réseau cristallin

Royer et al. J. Catal. (2005)

L’activité en oxydation du CO se corrèle aisément à la réactivité des oxygènes de surface de la pérovskite. Contrairement à ce qui est observé pour l’oxydation du CO, l’activité en oxydation du méthane est quant à elle reliée à la mobilité des oxygènes du réseau cristallin (3 et 3’, Figure 1).

Il est cependant difficile d’obtenir, avec des pérovskites pures (i.e., non dopées par un métal noble), des activités comparables à celles obtenues sur des catalyseurs conventionnels d’oxydation de type Pt et/ou Pd/Al2O3 (Royer et al. Catal. Today 117 (2006) 543). Malheureusement, l’ajout de métal noble ne permet pas d’obtenir d’amélioration significative de l’activité catalytique. Des résultats plus encourageants ont été obtenus par dopage de structures de type hexaaluminate (ABaAl10O19-y, avec A = Mn, Co, Fe). En effet, certaines hexaaluminates substituées par des métaux de transition sont connues pour présenter des activités catalytiques intéressantes pour la combustion à haute température du méthane, et présentent d’excellentes stabilités thermiques. La stabilité thermique est d’ailleurs un problème récurant lors de l’utilisation de catalyseurs à base de métal noble. Ainsi, nous avons pu monter que certaines combinaisons métal noble (principalement Pd) – pseudo hexaaluminate (dopée au Mn) présentaient des activités catalytiques égales à celles des catalyseurs classiques Pd/Al2O3, mais ne présentaient pas de désactivation comme observée sur le catalyseur de classique. L’incorporation de métal noble dans la structure d’oxyde-mixtes est actuellement en cours (S. Laassiri, Catal. Sci. Technol. 2011). Ces matériaux présentent des activités catalytiques en oxydation basse température largement améliorée.

E2. Synthèse de supports poreux pour la catalyse

L’alumine est un support largement utilisé en catalyse hétérogène et les modes de synthèse par mésostructuration sont largement moins courants dans la littérature que pour la synthèse de silice. Parmi les résultats obtenus sur l’alumine, on peut citer par exemple l’utilisation d’alumines mésostructurées de hautes surfaces spécifiques et de morphologies différentes (nodulaire, fibrillaire, porosité hexagonale 2D) (Bejenaru et al. Chem. Mater. 21 (2009) 522). Ainsi, l’utilisation de la mésostructuration permet une amélioration des propriétés physiques de l’alumine. Il est possible d’obtenir aisément, après calcination à 600 °C, des surfaces spécifiques supérieures à 400 m2/g et présentant des tailles de pore dans le domaine des mésopores larges (> 6 nm). Ces améliorations permettent l’obtention de feuillets de MoS2 de taille plus restreinte, et dans certains cas de modifier le degré d’empilement de ces feuillets. Tous ces paramètres permettent d’améliorer considérablement l’activité des catalyseurs.

Une amélioration significative des performances catalytiques des catalyseurs de type CoMo-S a déjà été obtenue pour la réaction d’HDS des gazoles. Plus récemment, nous avons développé en collaboration avec l’Université de Cardiff, un mode de synthèse permettant l’obtention d’alumines macro- mésoporeuses organisées pour la synthèse du biodiesel (Dacquin et al. J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 12896). En effet, plusieurs études rapportent des problèmes diffusionnels liés à la taille de pore du catalyseur dans le cas de cette application. Ainsi, il est proposé que l’ajout d’un réseau macroporeux large, et la diminution de la longueur des canaux mésoporeux, permette l’élimination de ce problème et l’obtention de catalyseurs plus actifs.

Dacquin et al. J. Am. Chem. Soc. (2009)

Nous développons également au laboratoire des composites de type titane sur silice mésostructurées pour des applications comme support en hydrogénation/déshydrogénation et hydrodésulfuration. Alors qu’il est difficile de préparer des oxydes de titane de haute surface spécifique (> 200 m2/g) stable thermiquement (à des températures compatibles à une utilisation en catalyse hétérogène), il est possible de préparer des composites titane-silice de hautes surfaces spécifiques. Ces composites présentent une morphologie de type nanocristaux d’anatase dispersés dans la porosité d’une silice mésoporeuse. Ce travail a été effectué dans le cadre d’une thèse (M. Bonne, Thèse Université de Poitiers, 10/2010). E3. Dispersion d’oxydes et d’oxydes-mixtes sur supports poreux Une des limitations rencontrée lors de l’utilisation des oxydes mixtes en catalyse est la faible surface spécifique généralement obtenue sur de tels composés. L’exemple des pérovskites est parlant puisque l’obtention de surfaces spécifiques supérieures à 20 m2/g est rarement rapportée dans la littérature. Ces faibles surfaces spécifiques sont généralement le fait de tailles de cristallites supérieures à 15-20 nm, du fait des températures de calcination élevées nécessaires à la cristallisation de la phase désirée. Il a été néanmoins observé que la diminution de taille de cristallite permettait une augmentation de la surface spécifique des solides, et dans certains cas permettait l’augmentation de l’activité spécifique de l’oxyde. Ainsi, une diminution de la taille des cristallites de LaCoO3 permettait une augmentation sensible de la mobilité de l’oxygène du réseau cristallin, un paramètre clé permettant l’obtention d’activités catalytiques élevées. On comprend dès lors pourquoi le contrôle de la croissance des cristallites, avec comme objectif leur limitation de taille à des valeurs inférieures à 10 nm, est un réel challenge pour le domaine de la catalyse hétérogène.

Bonne et al. Chem. Commun. (2011) Exemple de nanoparticule d’oxyde mixte supportée, synthétisée au laboratoire. Image TEM et spectre EDX obtenu pour Ce0.33Ni0.66Oy. La quantification est donnée en at.% L’approche que nous avons développée au laboratoire consiste à limiter la croissance des cristallites par une matrice inorganique. Ainsi, une série de pérovskites à base de lanthane en position A et de métaux de transition en position B, de tailles de cristallite inférieures à 5 nm a été préparée par une méthode originale d’autocombustion dans une silice mésostructurée de type HMS (présentant une taille de pore de l’ordre de 3 nm). Les composés obtenus se sont révélés extrêmement plus actifs que les composés de référence pour l’activation et la diffusion d’oxygène (Bonne et al. Chem. Commun. (2008)). Ceci a en outre permis de vérifier que la mobilité de l’oxygène est intimement liée à la taille de particule de l’oxyde. Suite à ce travail, des synthèses similaires ont été effectuées dans des supports mésostructurés de plus large porosité (jusqu’à 9 nm de taille de pore).

Mots clés :

solides mésoporeux, oxydes mixtes, catalyse environnementale, nanoparticules, mobilité d’oxygène

Collaborations

  • Université des Sciences et Technologies de Lille, UCCS – Pr. E. Payen, Pr. J.F. Lamonier, Pr. F. Dumeignil
  • Université LAVAL (Québec, Canada) – Pr. Houshang Alamdari
  • University of Cardiff (Great Britain), SMAC Laboratory – Pr. Adam F. Lee, Pr. Karen Wilson
  • Wuhan University (China), Dpt of Environmental Engineering – Pr. Zhang Hui
  • University of Chemical Technology (Beijing, China), Dpt of Chemical Engineering – Pr. Runduo Zhang
  • IFPEN, Dpt des matériaux divisés – Dr. L. Rouleau
  • Université de IASI (Roumanie) – Pr. A. Ungureanu et Pr. E. Dumitriu

Responsabilités

  • Depuis 2009 : Professeur Associé, Département de génie des mines, de la métallurgie et des matériaux – Université LAVAL (Québec – Canada)
  • 2011 : Habilitation à diriger des recherches – Université de Poitiers
  • 2012 : Animateur de l’axe thématique transversal « Matériaux Naturels et de Synthèse », IC2MP (Institut de Chimie des milieux et matériaux de Poitiers)

Publications marquantes

- S. Royer, X. Sécordel, M. Brandhorst, F. Dumeignil, S. Cristol, C. Dujardin, M. Capron, E. Payen, J.-L. Dubois, Amorphous oxide as a novel efficient catalyst for direct selective oxidation of methanol to dimethoxymethane, Chem. Commun. (2008) 865.

- N. Bejenaru, C. Lancelot, P. Blanchard, C. Lamonier, L. Rouleau, E. Payen, F. Dumeignil, S. Royer, Synthesis, characterization and catalytic performances of novel CoMo hydrodesulfurization catalysts supported on mesoporous aluminas, Chem. Mater. 21(3) (2009) 522.

- J-P. Dacquin, J. Dhainaut, S. Royer, D. Duprez, K. Wilson, A. F. Lee, An efficient route to obtain highly-organized macroporous-mesoporous alumina, J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 12896.

- M. Bonne, D. Sellam, J.-P. Dacquin, A. F. Lee, K. Wilson, A. Cognini, P. Marécot, S. Royer,* D. Duprez, In-situ autocombustion as a simple and efficient route to synthesize supported nanocrystalline oxides and mixed-oxides, Chem. Commun. 47 (2011) 1509.

- S. Royer, D. Duprez, REVIEW : Catalytic Oxidation of Carbon Monoxide over Transition Metal Oxides, ChemCatChem 3 (2011) 24.

- B. Katryniok, S. Paul, M. Capron, S. Royer, C. Lancelot, L. Jalowiecki-Duhamel, V. Bellière-Baca, P. Rey, F. Dumeignil, Synthesis and characterization of zirconia-grafted SBA-15 nanocomposites, J. Mater. Chem. 21 (2011) 8159.

- A. Ungureanu, B. Dragoi, A. Chirieac, S. Royer, D. Duprez, E. Dumitriu, Synthesis of highly thermostable copper-nickel nanoparticles confined in the channels of ordered mesoporous SBA-15 silica, J. Mater. Chem. 21 (2011) 12529.

 
 

Dernière mise à jour : 5 novembre 2012

Haut de page


Flux RSSRecevez en temps réel les dernières actualités publiées sur le site en vous abonnant au flux RSS. S'abonner...

 

Université de Poitiers - 15, rue de l'Hôtel Dieu - 86034 POITIERS Cedex - France - Tél : (33) (0)5 49 45 30 00 - Fax : (33) (0)5 49 45 30 50 - webmaster@univ-poitiers.fr - Crédits et mentions légales