Thèse de Céline Pagis*, prix Yves Chauvin 2019
Les zéolithes, matériaux inorganiques cristallisés et nanoporeux capables de piéger diverses substances chimiques ou de catalyser de nombreuses réactions, sont des matériaux de choix pour beaucoup de procédés industriels. Cependant, lors de réactions catalytiques, la taille nanométrique des canaux (< 2 nm) limite la diffusion des molécules, affectant les vitesses de réaction et réduisant la fraction utile de chaque cristal. Pour contrer cet effet, la génération d’une porosité supplémentaire vise à créer des sortes d’« autoroutes » où les molécules circulent mieux.
Cette thèse, conduite à partir de la faujasite (FAU), a exploré des voies de synthèse menant à une nouvelle architecture : une zéolithe dont les cristaux, baptisés « nanoboîtes », possèdent une unique cavité interne(1), avec à la clé des avantages majeurs :
• taille et structure des cristaux conservées,
• dimensions nanométriques de la paroi permettant d’améliorer la diffusion des molécules au sein du cristal,
• création d’une zone privilégiée de stockage de molécules.
Des deux méthodes développées (figure), la 1re consiste à agglomérer des nanocristaux de zéolithe pour former des capsules creuses, et la
2nde à dissoudre préférentiellement le centre de chaque cristal, générant ainsi la cavité interne. L’abaissement de la longueur caractéristique de diffusion de ces nouveaux matériaux a engendré une activité et une efficacité catalytiques accrues(2).
Cette nouvelle approche ouvre de grandes perspectives pour améliorer, via la structure, le transport moléculaire dans les zéolithes et, par conséquent, leur mise en œuvre industrielle.
*Thèse intitulée « Synthèse et évaluation catalytique de cristaux creux de zéolithe Y »
(1) C. Pagis, A. R. Prates, D. Farrusseng, N. Bats, A. Tuel, Chem. Mater. 28 (2016) 5205-5223
DOI : 10.1021/acs.chemmater.6b02172
(2) C. Pagis, F. Meunier, Y. Schuurman, A. Tuel, M. Dodin, R. Martinez Franco, D. Farrusseng, ChemCatChem 10 (2018) 4525-4529
DOI : 10.1002/cctc.201801225
Contacts scientifiques : Céline Pagis - mathias.dodin@ifpen.fr - raquel.martinez-franco@ifpen.fr