Eric Marceau

Maitre de conférences

Catalyse Hétérogène

Bâtiment : C3

Bureau : 114

Téléphone : (+33) 03 20 43 69 44

Fax : (+33) 03 20 43 65 61

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Adresse : Université Lille 1
Cité Scientifique, Bâtiment C3
59650 Villeneuve d'Ascq Cedex
France

Thèmes de recherche

Synthèse et réactivité de nanoparticules métalliques supportées
Chimie de l’imprégnation
Réactivité des oxydes en conditions hydrothermales

Recherches actuelles

Synthèse et caractérisation de systèmes bimétalliques non nobles :

Les catalyseurs bimétalliques supportés basés sur des combinaisons de métaux de transition de la 1re ligne ont fait l'objet d'études au début des années 80 qui ont démontré leur potentiel en catalyse d'hydrogénation, pour un coût notablement plus faible que les catalyseurs à base de métaux nobles traditionnellement utilisés pour cette famille de réactions. Ces dernières années, un regain d'intérêt pour les catalyseurs Fe-Co, Fe-Ni, Fe-Cu et Ni-Co est apparu en lien avec les procédés catalytiques liés à l'exploitation de la biomasse ou à la valorisation du gaz de synthèse (hydrogénation et hydrodésoxygénation d’aldéhydes, reformage de sucres ou de polyols, synthèse d’hydrocarbures courts ou d’alcools par réaction de Fischer-Tropsch).
Très majoritairement, les catalyseurs décrits dans la littérature sont préparés par co-imprégnation des nitrates des deux métaux participant à la phase active. Or cette méthode de préparation conduit à des démixtions de phases (plusieurs types de particules, mono- ou bimétalliques, coexistant sur le support) et à des nanoparticules dont la taille, souvent supérieure à 10 nm, n'est que peu contrôlée. Faute de mode de préparation adéquat, il n'existe donc pas de consensus sur la formulation nécessaire pour atteindre conversions ou sélectivités optimales. Par ailleurs, l’évolution des phases bimétalliques lors du cycle d’utilisation du catalyseur (mise en milieu réactionnel, remise à l’air, réutilisation) et le risque de démixtion des métaux lors de ce cycle ne sont que très peu explorés. Ce projet de recherche vise donc à optimiser la synthèse de ces catalyseurs au moyen de méthodes de préparation qui n'ont pas encore été expérimentées sur ces systèmes, et à explorer leur stabilité en fonction du milieu réactionnel auquel ils sont exposés.
Afin de caractériser au mieux des systèmes bimétalliques contenant des métaux présentant un faible contraste en Z, une collaboration a été mise sur pied avec le Département des Matériaux de l'Université d'Oxford (Paul Bagot ; thèse de Qifeng Yang) autour de la sonde atomique tomographique (Atom Probe Tomography, APT). Cette technique d’analyse est basée sur une évaporation couche par couche d'un échantillon, couplée à une détection des ions éjectés par spectrométrie de masse avec une résolution spatiale 3D. Elle permet ainsi une reconstruction en surface et en coupe de la composition atomique d'un échantillon bimétallique préalablement exposé à une atmosphère gazeuse, et permet de mettre en évidence des effets locaux de ségrégation de métaux. (http://dx.doi.org/10.1021/jp508144z)

Chimie de l’imprégnation :

Les espèces chimiques impliquées dans la préparation d’un catalyseur supporté par imprégnation sont le support oxyde de la phase active, le sel précurseur de la phase catalytique métallique, celui éventuellement de son promoteur et les ligands des ions métalliques. Toutes ces espèces, même celles supposées spectatrices (ligands, anions, support), peuvent interagir chimiquement pendant la préparation du catalyseur, et les propriétés finales du catalyseur découlent de ces interactions. Suivre les réactions entre ces espèces pour mieux les anticiper et les contrôler nécessite le développement d’approches spectroscopiques adaptées à chaque système, au moyen par exemple de la spectroscopie UV-visible ou de la spectroscopie d’absorption X en conditions in situ. (http://dx.doi.org/doi:10.1002/chem.201103509  et http://dx.doi.org/10.1021/cs501799p) L’utilisation rationalisée d’anions associés au sel métallique, de ligands (amines, acides aminés) et d’additifs organiques (polyols, polyacides) a ainsi permis d’optimiser la préparation de nanoparticules de nickel ou de cobalt supportées. (http://dx.doi.org/ doi:10.1016/j.cattod.2011.03.007  et http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.020) Les développements futurs de ces travaux concerneront la possibilité d’étendre ces procédures à la préparation de catalyseurs à une échelle supérieure à celle du laboratoire (upscaling) et à des supports mis en forme.

Réactivité des oxydes en conditions hydrothermales :

L’une des préoccupations en catalyse en phase liquide concerne la stabilité des supports en présence d'eau, en particulier dans des conditions hydrothermales. La thèse de Jane Abi Aad (UPMC ; co-direction partagée avec Xavier Carrier, LRS ; financement IFPEN) vise à extraire des données cinétiques et structurales sur les transformations des alumines en phase aqueuse en température et sous pression (autoclavage), afin de déterminer comment une alumine se désagrège, se transforme en hydroxydes ou oxyhydroxydes d’aluminium (gibbsite, bayerite, boehmite) et voit ses propriétés mécaniques et de surface évoluer avec le temps.

Parcours de recherche

2015-présent : Maître de Conférences à l’Université Lille1
2009 : Habilitation à Diriger des Recherches (UPMC)
2006 : Congé pour Recherche ou Conversion Thématique, Institut de Chimie Physique J. Heyrovský, Académie des Sciences Tchèque, Prague
1998-2015 : Maître de Conférences au Laboratoire de Réactivité de Surface, UMR 7197 CNRS, UPMC, Paris

Activités d’enseignement

Atomistique, chimie des solutions (Licence), préparation de phases catalytiques supportées  (Master 1).
Chargé du cours de catalyse hétérogène dans le Master de chimie de l’Ecole Polytechnique (Master 2).

Responsabilités collectives

Membre élu du Comité National de la Recherche Scientifique – section 14
Membre du comité d'organisation de l'école d'été CatPrep2016 (http://www.congres.upmc.fr/catprep2016/)

Publications

43 articles dans des journaux à comité de lecture, 6 articles dans des actes de congrès, 3 chapitres de livre, 1 brevet

 

Dans la base de données : 3
  • 2015

  • Speciation of Ruthenium as a Reduction Promoter of Silica-Supported Co Catalysts: A Time-Resolved in Situ XAS Investigation.
    Hong Jingping, Marceau Eric, Khodakov Andrei Y., Gaberová Lucia, Griboval-Constant Anne, Girardon Jean-Sébastien, Fontaine Camille La, Briois Valérie.
    ACS Catalysis, vol. 5, pg. 1273-1282 (2015) DOI
     
  • Mechanistic Investigation of Isopropanol Conversion on Alumina Catalysts: Location of Active Sites for Alkene/Ether Production.
    Larmier Kim, Chizallet Céline, Cadran Nicolas, Maury Sylvie, Abboud Johnny, Lamic-Humblot Anne-Félicie, Marceau Eric, Lauron-Pernot Hélène.
    ACS Catalysis, vol. 5, pg. 4423-4437 (2015) DOI
     
  • Amphiphilic Polyoxometalates for the Controlled Synthesis of Hybrid Polystyrene Particles with Surface Reactivity.
    Lesage de La Haye Jennifer, Guigner Jean-Michel, Marceau Eric, Ruhlmann Laurent, Hasenknopf Bernold, Lacôte Emmanuel, Rieger Jutta.
    Chemistry - A European Journal, vol. 21, pg. 2948-2953 (2015) DOI