Suite-Chapitre 1.

Préparation et caractérisation physique des catalyseurs hétérogènes
Chapitre I : Préparation des catalyseurs hétérogènes
Suite au premier chapitre (1)

1 Généralité sur la catalyse et les catalyseurs (Précédent)
Catalyse (homogène, hétérogène) - définition d’un catalyseur -acte catalytique- les propriétés
d’un catalyseur, classification des catalyseurs….
2 Préparation des catalyseurs

On peut trouver des différentes méthodes de synthèse, parmi les méthodes couramment
utilisées sont:
2.1 Méthode co-précipitation

La synthèse par co-précipitation permet l'obtention de produits de précurseurs par
précipitation simultanée de deux cations M et M'. Généralement, la méthode par co-
précipitation met en jeu plusieurs cations métalliques dissolvent dans un solvant
(généralement l'eau) puis à ajouter un agent précipitant tel que l’hydroxyde (NaOH, KOH)
ou ammoniaque (NH4OH). Après le mélange des sels des différents métaux, l'étude de pH
permet de suivre l'évolution de la précipitation. La précipitation a lieu à froid ou à chaud à un
pH donné. La chaleur active et le pH du milieu réactionnel sont une grande importance pour
la majorité des réactions de co-précipitation puisqu'il détermine la nature et la stœchiométrie
du précipité. Le précipité obtenu est séparé par filtration de la phase aqueuse, lavé pour enlevé
les impuretés organiques, séché pour évaporé le solvant, puis calciné dans des conditions de
température appropriées pour décomposer thermodynamiquement en oxyde mixte.
2.2 Méthode sol-gel

Le procédé sol-gel est l’une des voies chimiques de préparation des matériaux de type oxyde
métallique, y compris le verre et la céramique. Par ailleurs, le sol-gel permet d’obtenir des
matériaux de grande pureté, homogénéité et morphologie contrôlable.
Le procédé sol-gel implique le passage de l’état d’un sol vers l’état d’un gel via un processus
de gélification. Le sol est la dispersion de particules colloïdales dans un liquide, tandis que gel
est un réseau rigide polymérique pouvant atteindre des dimensions macroscopiques.
Trois approches ont été conduites pour préparer des oxydes par le procédé sol-gel:
(i) Gélification de particules colloïdales.
(ii) Hydrolyse et la condensation d'un précurseur, suivie d’un séchage hypercritique
de gels, on obtient un aérogel.
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(iii) Vieillissement et séchage des gels formés par hydrolyse et condensation de

précurseurs d’alcoxydes à pression atmosphérique.
Selon les précurseurs de sels utilisé tel que métalliques ou d'alcoxydes métalliques, ce dernier
y comprit deux voix de réaction d’hydrolyse et de condensation des précurseurs, peuvent
être décrites avec les équations chimiques suivantes:
 L'hydrolyse : L'hydrolyse est une réaction de substitution nucléophile, qui permet de

remplacer tout les groupements alkoxyde (OR) de la molécule par des groupements hydroxyle
(OH) en libérant un alcool.
-M-OR + H2O → -M-OH + R-OH……….. (1)
𝑀 (𝑂) 𝑛 + 𝑥𝐻2𝑂 → (𝑂𝑅) 𝑛−𝑥 (𝑂𝐻) 𝑥 + 𝑥𝑅𝑂𝐻……………(2)
 Condensation : Le processus de condensation se produit spontanément pour

connecter les molécules dès que les précurseurs alcoolates sont hydrolysés.
La réaction de condensation conduit à la formation des liaisons (M-O-M), qui constituent
l’unité de base du polymère inorganique, accompagnée d’un dégagement d’eau ou d’alcool.
-M-OH + -M-OR →-M-O-M- + R-OH
-M-OH + -M-OH→ -M-O-M- + H2O
2.3 Méthode hydrothermale

La synthèse hydrothermale implique des réactions en milieu aqueux à température et
pression élevées. Elle est réalisée dans des autoclaves en acier avec ou sans revêtements en
téflon à température contrôlée (T <200°C) et/ou pression (P <10 MPa) lors des réactions en
solution aqueuse. Il fonctionne à des températures supérieures à la température d’ébullition de
l’eau (100-300°C) pour générer une pression de vapeur autogène. Dans le traitement
hydrothermal, les propriétés des particules, telles que la morphologie, la taille et la cristallinité
peuvent être facilement contrôlées. Des solvant et des additifs organiques ou inorganiques
peuvent être utilisés pour contrôler des facteurs qui constituent les conditions hydrothermales
tel que le pH et la concentration des substances utilisées.
2.4 Méthode photodéposition

L’illumination d'une suspension de particules (matériaux semi-conductrices) dans une
solution en phase aqueuse d'un sel métallique entraîne souvent le dépôt de nanoparticules de
métal (oxyde) bien définies à la surface du semi-conducteur. L’énergie photonique de la
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lumière d’exposition devrait être supérieure à la bande interdite d’énergie du semi-

conducteur. Des additifs (donneurs d'électrons) sont ajoutés qui joue le rôle des agents
sacrificiels, tels que l'acétate, le formaldéhyde, le méthanol ou l'isopropanol (figure 1).
La photodéposition repose sur l'électrochimie induite par la lumière selon l’équation

suivante :
Mn+ (aq) + ne- → M(s)…………………(1)
Figure 1. Schéma de la photodéposition, CB : la bande de conduction, VB : la conduction de

valence, M : métal, D: agent sacrificiel (donneur d'électrons), n : nombre d'électrons (ou de
trous) impliqué.
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2 Préparation des catalyseurs

2.1 Méthode co-précipitation

2.2 Méthode sol-gel

(iii) Vieillissement et séchage des gels formés par hydrolyse et condensation de

 L'hydrolyse : L'hydrolyse est une réaction de substitution nucléophile, qui permet de

 Condensation : Le processus de condensation se produit spontanément pour

2.3 Méthode hydrothermale

2.4 Méthode photodéposition

lumière d’exposition devrait être supérieure à la bande interdite d’énergie du semi-

La photodéposition repose sur l'électrochimie induite par la lumière selon l’équation

Figure 1. Schéma de la photodéposition, CB : la bande de conduction, VB : la conduction de

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