Etude par spectroscopie infrarouge de l'interaction CO, H₂ sur ZnO et Cu/ZnO

Abstract

L’étude par spectroscopie infrarouge de l’adsorption de CO₂ sur l’oxyde de zinc, l’un des constituants du catalyseur industriel de synthèse du méthanol, montre la présence de sites particuliers, constitués par un zinc à double lacune adjacent à un oxygène basique. De tels sites ZnO pourraient être situés sur des arêtes. Les expériences de coadsorption de H₂ ou de CO avec CO₂ relèvent que l’adsorption dissociative de H₂ ou l’adsorption réversible de CO se fait sur ces sites. La coadsorption de CO et H₂ à basse température conduit à la formation d’espèces formyle, dont c’est la première mise en évidence par spectroscopie infrarouge. Ces espèces formyle sont des intermédiaires réactionnels de la formation des espèces méthoxy sur ZnO dans les conditions opératoires utilisées. Le mécanisme proposé pour la formation du méthanol est de ceux mis en évidence en catalyse homogène. Ce travail met donc en évidence l’intérêt des sites situés sur les arêtes de ZnO puisqu’ils sont responsables de son activité catalytique. L’addition de très faibles quantités de cuivre augmente notablement l’activité du catalyseur vis-à-vis de la réaction de synthèse du méthanol. Les expériences infrarouges montrent, à basse température, la formation des mêmes espèces formyle et méthoxy que sur ZnO. L’effet promoteur du cuivre se traduit par un plus grand nombre d’espèces formyle sur les catalyseurs oxydés ou l’apparition d’espèces méthoxy à 210 K sur catalyseurs réduits. L’utilisation des catalyseurs hautement chargés en Cu permet la caractérisation des espèces formiate de cuivre qui sont formées de façon assez spécifique par adsorption de HCHO.