Ab initio simulation of supported metal nanoclusters

Simulation ab initio de nano-agrégats métalliques supportés

Manuel Corral Valero (1)

1 LC - Laboratoire de Chimie - UMR5182

This thesis deals with the structure and reactivity of alumina supported palladium clusters used as model catalysts. The main purpose of this work is to depict the support effect on the nucleation and reactivity of the metal phase taking explicitly into account the surface hydration. We studied clusters containing from 1 to 13 atoms. Firstly, the structure of supported clusters was assessed. Two interaction modes were found. The results on this thesis put forward that small aggregates (<3 atoms) present a strong interaction with the support, which induces a strong deformation of the surface oxide. As for bigger aggregates, the results show that the interaction with the support is weaker and that their structure is governed by Pd-Pd interactions. Moreover, the reactivity of size 4 aggregates has been studied by means of model calculations on the adsorption of CO and ethene. The results from this study allow the determination of size and support effects induced by the alumina support. Some important qualitative conclusions are drawn from the results in this work.

Cette thèse porte sur l'étude de la structure et de la réactivité d'agrégats de palladium déposés sur une surface d'alumine, qui sont des modèles de catalyseurs. L'enjeu de ce travail est de dégager l'effet du support sur la nucléation et la réactivité de la phase métallique tout en prenant en compte de façon explicite l'hydratation des surfaces de l'alumine. Des agrégats de 1 à 13 atomes ont été étudiés. Une première partie concerne l'exploration de la structure des agrégats sur la surface. Deux modes d'interaction ont été révélés par le calcul. Les petits agrégats (<3 atomes) montrent une interaction forte avec la surface, induisant une déformation marquée de celle-ci. Pour des plus grosses tailles, la thèse montre que les agrégats développent une interaction faible avec le support, et que la structure est dominée par les interactions Pd-Pd. La réactivité des agrégats de taille 4 a été également étudiée par adsorption de CO et d'éthylène. Cette étude permet de démontrer à la fois les effets liés à la taille de l'agrégat et à l'interaction avec le support d'alumine. Plusieurs concepts qualitatifs importants ressortent de ce travail.

Mots clés: Theoretical Chemistry; gamma-alumina; supported metal nanoclusters; Support effect; Size effect; Surface hydration

Mots clés: DFT; Chimie Théorique; Alumine-gamma; Nano-agrégats métalliques supportés; Nucléation; Effet du support; Effet de taille; Hydratation des surfaces

Domaines: Matériaux

Manuel Corral Valero. Simulation ab initio de nano-agrégats métalliques supportés. Matériaux. Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00091925⟩