Phocodéshydrogénation des alcools en phase gazeuse en présence des catalyseurs au platine déposé sur ce bioxyde de titane en réaction avec la phocodécomposition de l'eau liquide

Abstract

La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique stockable par voie photocatalytique, apparaît depuis quelques années comme un des sujets les plus attrayants. La photodécomposition de l’eau en hydrogène et oxygène, constitue l’axe principal de cette recherche. Le platine déposé sur le dioxyde de titane (Pt/Ti₂) demeure le photocatalyseur modèle, dans cette réaction. La première partie de ce mémoire est consacrée à la description de la préparation chimisorption de H₂, du titrage O₂H₂, de la microscopie électronique et de la spectroscopie UV et visible. L’influence de certains paramètres du processus opératoire de la préparation sur la dispersion du platine a été également étudiée comme notamment le rôle du traitement oxydant et la nature du composé précurseur du platine. La seconde partie est consacrée à l’étude des tests photocatalytiques. La réaction d’oxydation photocatalytique de l’isobutane sans un système dynamique permet de mettre en évidence l’influence du platine sur les propriétés photocatalytiques et photoniques (par mesure de photoconductivité), de TiO₂. La réaction de déshydrogénation photocatalytique de certains alcools comme l’isopropanol montre que la présence à la fois du platine (ou autre métal de transition) et du TiO₂, sont indispensable au déroulement de la réaction. La vitesse maximum est observée pour une teneur en platine avoisinant 1%. L’étude de l’influence de la pression partielle d’alcool (isopropanol) a monté que la réaction se déroule selon un mécanisme de Langmuir et qu’une étape qui pourrait limiter la réaction et la migration du proton vers le platine résultant de l’adsorption de l’alcool sur TiO₂. L’introduction d’une pression de vapeur d’eau entraîne une augmentation de l’activité photocatalytique de la déshydrogénation par l’accélération de la migration du proton. L’effet sacrificiel de l’alcool sur une photodécomposition de l’eau n’est pas observé dans ces conditions (pas de formation de CO₂). En revanche, la réalisation de la même réaction en phase liquide montre que H₂ et CO₂, sont formés lorsqu’un volume d’alcool est additionné à l’eau liquide. L’étude de la photodécomposition de l’eau, en l’absence de toute substance organique montre que l’hydrogène est formé en quantité limité et que l’oxygène est absent. Ce comportement est attribué à la photolyse des OH superficiels avec formation des peroxydes de titane à la surface du solide. Ces dernières espèces sont capables d’oxyder les substances organiques présentes dans le système, en donnant du CO₂. La photodécomposition catalytique de l’eau pure avec dégagement d’hydrogène et d’oxygène ne saurait être réalisée en présence de photocatalyseur Pt-TiO₂.