Catalyseurs sulfurés ultra-dispersés : combien d’atomes pour un site actif ?

Les travaux de thèse de Daria Ryaboshapka (CATREN) pour lesquels elle a obtenu le Prix de thèse de la division Catalyse de la Société Chimique de France (SCF DivCat), font également l’objet d’un article dans L’actualité chimique du mois de février.

Daria nous explique en quoi ces travaux sont innovants pour la catalyse :

« Bien que les nanoparticules de sulfure de métaux de transition (Mo, Re) aient été largement étudiées en catalyse d’hydrotraitement, le rôle des clusters sulfidés de petite taille ou des sites monoatomiques dans ces catalyseurs reste peu exploré. Ces petites entités sont pourtant fréquemment présentes dans les catalyseurs conventionnels, mais leur contribution a souvent été négligée. Jusqu’à présent, leur structure précise demeure peu connue, et leur capacité à rivaliser avec les nanoparticules sulfidées en termes d’efficacité catalytique reste incertaine.

Dans cette étude, nous avons cherché à répondre à ces questions et à identifier le nombre minimal d’atomes nécessaires à la définition d’un site actif dans trois réactions catalytiques industrielles clés : l’évolution de l’hydrogène, la réduction de l’oxygène et l’hydrodésulfuration. Nous avons observé que les méthodes conventionnelles de préparation conduisent essentiellement à la formation de clusters sulfidés composés de plusieurs atomes, tandis que des méthodes de synthèse directe (one-pot) permettent d’obtenir des catalyseurs exclusivement constitués de sites monoatomiques.

Nos résultats montrent que les clusters sont remarquablement actifs pour l’évolution de l’hydrogène et l’hydrodésulfuration, surpassant nettement les performances des systèmes conventionnels, alors que les sites monoatomiques restent inactifs dans ces réactions. Seule la réaction de réduction de l’oxygène présente une activité comparable entre sites monoatomiques et clusters, bien que ces derniers montrent tout de même une meilleure performance globale.

Nous démontrons ainsi qu’au moins deux atomes sont nécessaires à l’obtention d’une activité catalytique efficace dans les catalyseurs sulfidés. Ce travail ouvre la voie au développement d’une nouvelle génération de catalyseurs très performants, spécifiquement fondés sur l’utilisation de clusters sulfidés de taille réduite. »

Article paru dans l’Actualité Chimique N°501 – Février 2025
Rédigé par Ryaboshapka Daria et Afanasiev Pavel