Evolution des propriétés physico-chimiques des oxydes BixGd₁-xVO₄, catalyseurs d'hydrogénation du dioxyde de carbone

Abstract

Le présent travail concerne les oxydes mixtes du système BixGd₁₋xVO₄. Leurs préparations et leurs caractérisations, par différentes techniques spectroscopiques, font l’objet de la première partie de l’étude. Dans un deuxième temps, leurs performances, comme catalyseurs dans l’hydrogénation du dioxyde de carbone, sont évaluées. Deux domaines de solutions solides de structures quadratique et monoclinique pour respectivement : 0 < x < 0,64 et 0,93 < x < 1, sont mis en évidence. En outre, la spectroscopie Raman révèle deux sous-domaines dans la phase quadratique. Les degrés d’oxydation et les environnements des cations sont caractérisés par spectroscopies XPS et de Réflectance diffuse. L’influence de la substitution de Gd³⁺ par Bi³⁺ se traduit par un renforcement de la densité électronique autour du cation V⁵⁺ et une variation des longueurs de liaisons Gd-O et Bi-O. Lors de la réaction catalytique, les principaux produits de la réaction sont : CO et CH₄. A basse pression (2.10Pa⁵), la réaction est nettement orientée vers la formation de CO, alors qu’à moyenne pression (21.10 Pa⁵) la sélectivité pour CH₄ devient importante. L’évolution des performances avec les compositions des catalyseurs permet de corréler l’activité à la teneur initiale en Bismuth des oxydes. Les solides caractérisés après test présentent du Bismuth métallique et du Vanadium + 3 (x ≠ 0). L’étude de l’influence d’un prétraitement réducteur sur les performances du catalyseur et sur sa composition superficielle montre que l’évolution de l’activité, en fonction de la température de réduction, peut être liée à la teneur superficielle en Bismuth (x = 0,5), ou à la formation de groupements OH susceptibles de bloquer les sites actifs lors de la réaction (x = 0,9 et x = 0,99).