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Posté par Redbran le Mercredi 21/02/2018 à 12:00
Le CO multi-lié, un acteur clé de la synthèse Fischer-Tropsch
Des chercheurs de l'Institut de Recherche sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (CNRS/Université de Lyon) et de l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble) ont mis en évidence le rôle primordial de certaines molécules de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la...) adsorbées (CO multi-liés) pour la conversion de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) de synthèse en hydrocarbures (synthèse Fischer-Tropsch). Ces résultats paraissent dans la revue Angwandte Chemie International Edition.


©Frédéric Meunier
La synthèse Fischer-Tropsch est un procédé catalytique qui permet de produire des hydrocarbures à partir de gaz de synthèse, issu aussi bien de sources fossiles que de biomasses. Elle pourrait permettre de réduire la part de pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le...) dans le mix énergétique (Le mix énergétique, ou bouquet énergétique, est la proportion des différentes sources dans la production d'énergie.) mais reste mal comprise. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) sur la Catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus faible que les...) et l'Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) de Lyon (CNRS/Université de Lyon) et de l'European Synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) Radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par...) Facility (ESRF, Grenoble) ont éclairci le mécanisme des catalyseurs au cobalt utilisés dans cette réaction.

Quatre métaux peuvent catalyser cette réaction qui transforme un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les substances...) gazeux de monoxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (CO) et de dihydrogène (H2) en hydrocarbures: le ruthénium et le nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.), peu utilisés, ainsi que le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous...) et le cobalt. Les chercheurs ont étudié des catalyseurs à base de cobalt sélectivement empoisonnés par de l'étain, dans des conditions réactionnelles réalistes. L'ajout de l'étain permet de mieux suivre l'évolution des réactifs et des produits par spectroscopie infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) à transformée de Fourier (En analyse, la transformation de Fourier est un analogue de la théorie des séries de Fourier pour les fonctions non périodiques, et permet de leur associer un spectre en fréquences. On cherche ensuite à obtenir l'expression de la...) (FTIR). Dans cette réaction, les catalyseurs fixent à leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) les molécules de monoxyde de carbone, aidant par là leur rencontre avec le dihydrogène. Mais ces molécules de monoxyde de carbone peuvent se lier à un seul atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite...) du catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits,...) (CO linéaire) ou à plusieurs (CO multi-lié).

Pour la première fois de manière quantitative, les scientifiques ont démontré la relation entre les vitesses spécifiques de décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès l'instant qu'ils sont privés de vie, dégénèrent sous l'action de...) des CO multi-liés et les vitesses spécifiques de formation des principaux produits de la réaction, méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve...) et propène, à pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.). Les CO multi-liés jouent donc un rôle primordial dans la synthèse Fischer-Tropsch catalysée au cobalt. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un...), les CO linéaires, aussi présents à la surface du catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) lors de la réaction, ne sont finalement que de simples spectateurs.

Ces résultats sont essentiels pour l'optimisation de catalyseurs Fischer-Tropsch. Une voie incontournable pour valoriser des matières premières (fossiles ou non) en carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) propre sans soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) et sans composé aromatique.

Référence publication:
Anaëlle Paredes-Nunez, Davide Lorito, Laurence Burel, Debora Motta-Meira, Giovanni Agostini, Nolven Guilhaume, Yves Schuurman and Frederic Meunier
CO Hydrogenation on Cobalt-Based Catalysts: Tin Poisoning Unravels CO in Hollow Sites as a Main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe destiné à saisir et manipuler des objets. Chez...) Surface Intermediate
Angewandte Chemie International Edition ? Janvier 2018
DOI: 10.1002/anie.201710301

Contact chercheur:
Frédéric C. Meunier, IRCELYON UMR 5256

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Source: CNRS-INC
 
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