Offre de stage Nouveaux Matériaux Hybrides Poreux à base de

Offre de stage
Nouveaux Matériaux Hybrides Poreux à base de Nanoclusters d’Or:
vers des Catalyseurs Multifonctionnels
a
Aude Demessencea et Alexandra Fateevab
Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon (IRCELYON)
2, avenue Albert Einstein - 69626 Villeurbanne
b Laboratoire des Multi-Matériaux et Interfaces (LMI)
22, avenue Gaston Berger - 69622 Villeurbanne
Le développement de nouveaux catalyseurs stables, performants et respectueux
de l’environnement est un des plus grands défis de la recherche académique et
industrielle. Depuis une vingtaine d’années les nanoparticules d’or ont reçu un grand
intérêt dû à leur activité en catalyse à basse température.1 Récemment, des nanoclusters
d'or stabilisés par des ligands thiolatés (SR) de formule Aun(SR)m (10 < n < 333 et 10 <
m < 79) ont été synthétisés et présentent l’avantage d’être atomiquement définis.2 Ainsi
ces clusters monodisperses en taille rendent possible l'étude de la relation taille-activité
catalytique. De plus, leur fonctionnalisation de surface permet une meilleure sélectivité
en catalyse.3 Toutefois pour utiliser ces clusters en catalyse hétérogène, il est nécessaire
de les déposer sur un support, qui peut avoir un rôle prépondérant dans les mécanismes
catalytiques mis en jeu.4 Dans ce projet nous proposons d’utiliser les nanoclusters d’or
comme catalyseur et de les déposer sur des matériaux hybrides poreux: les MOFs (Metal
Organic Frameworks). Le dépôt de clusters d’or sur des nanoparticules de MOFs micro
ou mésoporeux (cf figure) permettra
d'augmenter le transfert de masse impliqué
Nanoclusters d’or :
dans les processus catalytiques par rapport
Au
=
aux supports massifs utilisés couramment.
L'association des nanoclusters d’or et de
Au
Au25(SPhX)18
S
MOFs ouvre la voie au contrôle de la
structuration du catalyseur et donc à la
Dépôt sur nanoMOFs
compréhension des processus catalytiques.
Ainsi, il sera possible de faire varier le
nombre d’atomes d’or d’une dizaine
(Au10(SR)10) à plus d’une centaine
(Au333(SR)79).6 Le ligand thiolate peut aussi
être fonctionnalisé, par exemple avec une
amine SR = SPhNH2 ou un acide carboxylique
SR = SPhCOOH, pour créer une liaison forte
avec la surface du MOF. Pour le support, le
plus grand défi sera d'obtenir des
nanoparticules de MOFs de taille inferieure à
100 nm afin d’augmenter la dispersion des
Matériaux Composites Multi-Sites Poreux:
clusters. Des composés, comme ZIF-8,
Nouveaux Catalyseurs Multifonctionnels
MIL101-Cr, HKUST seront testés.8
25
~20 nm
Ce stage s’articulera en quatre étapes:
1. Synthèse de nanoclusters d’or fonctionnalisés de type Au25(SPh-X)18 (avec X =
NH2 ou COOH).
2. Synthèse de nanoparticules de MOFs: ZIF-8, HKUST, MIL101.
3. Dépôt des clusters d’or sur les supports poreux.
4. Etude des propriétés catalytiques pour des réactions d’oxydation en phase gaz et
liquide (époxydation du t-stilbène, déshydrogénation de l’alcool benzylique,
oxydation du CO) suivies par chromatographie phase gaz couplée spectrométrie
de masse.
Tous les produits issus des trois premières étapes seront caractérisés par diffraction des
rayons X, spectroscopies infra-rouge, photoélectronique X et UV-visible, porosimétrie à
l’adsorption d’azote, microscopie électronique à transmission, analyse thermogravimétrique, spectrometrie de masse (ESI-MS pour les clusters d’or). Ce stage se
déroulera au sein de deux laboratoires le LMI et l’IRCELYON, ainsi le candidat
bénéficiera d’environnements d’excellence pour s’initier ou approfondir ses
connaissances dans le domaine de la recherche sur les matériaux et leur application en
catalyse.
Profil du candidat:
Le candidat devra en plus de ses résultats scolaires excellents dans un ou
plusieurs domaines de la science des matériaux, être motivé par un travail
interdisciplinaire alliant la synthèse de nanoparticules, de matériaux poreux, mais aussi
les caractérisations physiques et la catalyse.
Contacts: Aude Demessence ([email protected])
Alexandra Fateeva ([email protected]).
et/ou
1. Haruta, M.; Kobayashi, T.; Sano, H.; Yamada, N. Chem. Lett. 1987, 405.
2. Qian, H.; Zhu, M.; Wu, Z.; Jin, R. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 1470.
3. Zhu, Y.; Qian, H.; Jin, R. J. Mater. Chem. 2011, 21, 6793; Zhu, Y.; Chen, G.; Jin, R.; Sun, Y. Amer. J. Chem.
2012, 2, 18.
4. Corma, A.; Garcia, H. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 2096.
5. Esken, D.; Turner, S.; Lebedev, O. I.; Van Tendeloo, G.; Fischer, R. A. Chem. Mater. 2010, 22, 6393.
6. Qian, H. F.; Zhu, Y.; Jin, R. C. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 696.
7. Lavenn, C.; Albrieux, F.; Bergeret, G.; Chiriac, R.; Delichère, P.; Tuel, A.; Demessence, A. Nanoscale 2012,
4, 7334.
8. Demessence, A.; Boissière, C.; Grosso, D.; Horcajada, P.; Serre, C.; Férey, G.; Soler-Illia, G.; Sanchez, C. J.
Mater. Chem. 2010, 20, 7676.