L’intérêt de la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) réside dans sa capacité à fournir des informations sur la composition élémentaire de surface (quelques nm) et sur l’environnement chimique des atomes sondés, ce qui est particulièrement utile pour caractériser les sites actifs des catalyseurs.
Jusqu’à récemment, cette méthode de caractérisation était limitée à un fonctionnement sous ultravide, ce qui ne permettait pas de suivre l’évolution de la surface de catalyseurs en milieu réactionnel.
Un dispositif dédié (NAP-XPSa) permet désormais de travailler en mode environnemental jusqu’à des pressions de l’ordre du millibar. Associé au flux élevé du rayonnement synchrotron, ajustable en énergie, ce dispositif est nettement plus performant qu’un spectromètre de laboratoire. La possibilité d’introduire du gaz dans la chambre d’analyse permet désormais de suivre l’évolution des espèces formées en conditions d’activation ou de réaction.
C’est ainsi qu’un catalyseur modèle, à base d’oxyde de cobalt déposé sur silice, a été caractérisé sur la ligne TEMPO du synchrotron SOLEIL.
L’activation du catalyseur a été réalisée en deux étapes : d’abord une réduction partielle du cobalt à 400 °C sous 1 mbar d’hydrogène, puis l’introduction d’un mélange gazeux (2 H2 + CO) à 230 °C afin de s’approcher des conditions de réaction du procédé Fischer-Tropsch.
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L’enregistrement des spectres du cobalt, à une énergie incidente de 1 100 eV, a permis de montrer l’évolution à 400 °C de la forme oxyde vers une forme plus réduite, caractérisée par une énergie de liaison plus faible. La réduction du catalyseur se poursuit légèrement en présence du mélange réactionnel à 230 °C.
Ces premiers essais sur catalyseur sont prometteurs et ont permis de montrer qu’il était possible de surmonter les problèmes analytiques liés au caractère isolant du support, permettant ainsi de suivre les modifications de la surface sous atmosphère réactionnelle.
a - Near Ambient Pressure XPS.
Contacts scientifiques : christele.legens@ifpen.fr - jean-jacques.gallet@synchrotron-soleil.fr