Madame Clara VILELA WEIKERT soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés « Synthèse et développement de catalyseurs Ni–SiO₂ encapsulés à structures différentes pour la méthanation du CO₂ » Travaux dirigés par Monsieur Benjamin KATRYNIOK, Monsieur Fabio BELLOT NORONHA et Monsieur Fábio SOUZA TONIOLO

Cotutelle avec l’université « Universidade Federal do Rio de Janeiro » (BRESIL)

La soutenance aura lieu le jeudi 25 juin 2026 à 13h30, Visioconférence Zoom

Résumé de la thèse

Des catalyseurs présentant différentes structures nickel–silice ont été synthétisés selon des méthodes de préparation distinctes afin d’évaluer leurs performances dans la réaction de méthanation du CO₂. Quatre morphologies principales ont été obtenues : un matériau supporté (SUP), une structure encapsulée (EMBD), une morphologie multicœur–coquille (SPHERE) et une morphologie en nano ring (RING). Les analyses par TEM, EDS, XRF, XRD, H₂-TPR, CO-TPD et physisorption d’azote (N₂) ont mis en évidence les propriétés physicochimiques distinctes de ces matériaux. Tous les catalyseurs présentent des particules de nickel bien dispersées, avec des diamètres compris entre 2 et 3 nm. Parmi eux, le catalyseur EMBD se distingue par une forte interaction métal–support et une structure encapsulée, favorisant la réabsorption du CO et son hydrogénation ultérieure en méthane. En conséquence, le catalyseur EMBD a montré une sélectivité supérieure en CH₄ (83,4 %) et un taux déformation de CO plus faible lors de l’hydrogénation du CO₂ à 300 °C. À des vitesses spatiales plus faibles, il a également présenté une excellente stabilité sur 50 h, avec une conversion du CO₂ de 60 %et une sélectivité en CH₄ de 97%. L’ajout de CH₄ dans l’alimentation a encore augmenté la sélectivité en CH₄ pour tous les catalyseurs, atteignant 96,7 % pour EMBD, effet attribué à un degré plus élevé d’hydrogénation de surface favorisant la décomposition du formiate et les voies de formation du CH₄. Les analyses DRIFTS in situ ont montré que la structure du catalyseur influence les intermédiaires de surface, suggérant la coexistence de multiples voies réactionnelles. Dans tous les cas, ces voies convergent vers le CO* adsorbé en tant qu’intermédiaire réactif clé pour la formation du CH₄. Le EMBD présente une concentration plus élevée d’espèces formiate et des espèces CO adsorbées majoritairement sous forme pontée et multi coordonnée, contrairement au CO linéaire observé pour les autres catalyseurs. Une étude cinétique réalisée sur EMBD a mis en évidence un effet inhibiteur du CO₂ et un effet promoteur du H₂ sur le TOF du CH₄. Ces tendances ont été confirmées par les ordres de réaction obtenus à partir d’un modèle de loi de puissance, qui a conduit à une énergie d’activation apparente de 69,86 kJ mol⁻¹. Trois modèles mécanistiques de type LHHW ont également été évalués. Bien que leurs performances statistiques soient limitées, les résultats combinés de la cinétique et des analyses DRIFTS indiquent qu’en plus de la dissociation directe du CO₂, des voies impliquant le formiate et bicarbonate–formiate–CO peuvent opérer en parallèle sur le catalyseur EMBD. Dans tous les cas, le CO* agit comme intermédiaire réactif central, dont l’hydrogénation successive conduit à la formation de CH₄.