Institut Néel and its scientific surroundings : ESRF, ILL, CEA, Minatec

les rayons X pour observer les nanoparticules d’or

En catalyse hétérogène de nombreux processus mettent en jeu depuis longtemps des particules de taille nanométrique. Mais les études à cette échelle ont connu une nouvelle impulsion avec la découverte que l’Or pouvait, sous forme de nanoparticules supportées sur oxyde, devenir un catalyseur très actif alors qu’il est habituellement inerte[1] Il peut ainsi catalyser l’oxydation du monoxyde de carbone et ce dès la température ambiante. L’origine de ce comportement reste controversée, mais il est clair que la taille et la morphologie des nanoparticules jouent un rôle crucial : atomes actifs sur les arêtes, sur le périmètre…, effet quantique dû à leur petite taille…, etc.

Pour élucider de telles questions, il est nécessaire de développer de nouveaux outils expérimentaux qui permettent de contrôler la fabrication de catalyseurs modèles (taille, dispersion, interaction avec le substrat …) et aussi d’observer leur évolution pendant la réaction elle-même. C’est à cet objectif que répond le dispositif que nous avons construit. Destiné à fonctionner sous faisceau X sur la ligne BM32 à l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), il permet l’élaboration des nanocatalyseurs en ultra-vide puis leur transfert dans la chambre-réacteur où l’activité catalytique est suivie en même temps que sont réalisées des mesures de diffraction X et de diffusion centrale à incidence rasante (acronymes anglais GIXD et GISAXS). Ces deux techniques donnent accès à des informations sur la structure (cristallographie, distance interatomique, relation d’épitaxie) et la morphologie (taille, forme et distribution des aggrégats …). La combinaison de ces deux approches, auxquelles s’ajoute la possibilité d’une caractérisation chimique des surfaces post mortem par spectroscopie Auger, en fait un instrument unique à l’heure actuelle.
PNG - 48.4 ko
Diffusion et diffraction X à l’aide d’un réacteur
Fig. 1 : appareil permettant de suivre en temps réel, la réaction de nanoparticules par diffraction et diffusion X.
L’ensemble des performances de notre dispositif vient d’être validé par l’étude in situ, par diffraction X et de diffusion centrale à incidence rasante, de nanoparticules d’or déposées sur TiO2(110) sous oxygène et pendant l’oxydation du CO pour des quantités d’or équivalentes à des épaisseurs variant de 0,25 à 3 monocouches atomiques. Malgré la faible quantité d’atomes réactifs nous avons pu détecter, par spectrométrie de masse, la réaction de l’oxydation du CO à 200°C. La figure ci-dessous montre, pour des nanoparticules d’une taille moyenne de 1 à 2 nm, la variation d’intensité diffracté observée lors d’une rotation autour d’un pic de diffraction de l’or . Une exposition à 20 mbar d’oxygène induit une première modification du spectre obtenue mettant en évidence une interaction de l’oxygène avec les nanoparticules. La réaction se produit lorsque le CO est rajouté (ici 0,1 mbar). La variation est beaucoup plus significative montrant une restructuration de la particule. L’analyse est en cours afin de comprendre à partir de l’ensemble des données ce que signifie ces variations.
PNG - 22.9 ko
Catalyse du CO2 sur des nanoparticules d’or
Fig. 2 : Catalyse du CO2 sur des nanoparticules d’Or, suivie en temps réel par diffraction X.

Dans la même rubrique

  • - les rayons X pour observer les nanoparticules d’or

© Institut Néel 2012 l Webdesign chrisgaillard.com l Propulsé par spip l Dernière mise à jour : jeudi 14 novembre 2019 l