The study of the reduction of N20 by titanium in molecular scale : a combined FTIR Matrix isolation and theoretical study

Étude de la réduction de N2O par le mono- et dimère de titane à l'échelle moléculaire : Étude combinée expérimentale par la technique d'isolation en matrice de néon-FTIR et la chimie quantique

Asma Marzouk Marzouk Elmaalaoui (1)

1 MONARIS - De la Molécule aux Nanos-objets : Réactivité, Interactions et Spectroscopies

From the spectroscopic study of the Ti, Ti2 + N2O reaction products trapped in rare gas matrices, we were able to identify three products for the reaction Ti + N2O (a simple van der Waals adduct, an end-on complex and a side-on molecule), and two for the 3Ti2 + N2O = 1[OTi2(η1 - NN)] or 1[OTiNTiN] reaction. We showed that the atomic titanium is unreactive with respect to N2O in its ground state, while the titanium dimer spontaneously reacts with N2O leading to the N-O bond scission and yielding to an intermediate adduct 1[OTi2(η1 - NN)]. A second bond breaking, the N-N bond cleavage, could be achieved by means of photochemistry, leading to the final product 1[OTiNTiN]. Over all the available functionals, none of them has been shown to systematically overshadow all the others. However, difficulties lie in choosing, from the plethora of density functionals, the one to apply. The selection of the functional to use depends on the problem at hand, i.e., on both the dispersion and static correlations. In this thesis, a strategy has been suggested in order to select the most adequate functional. It consists of a validation of calculation method for a given system by reproducing a set of reference data, obtained either by experiment or at the CCSD(T) or CASPT2 levels on the structural, energetic and vibrational properties.

A partir de l'étude en matrice de gaz rare des produits de la réaction de Ti, Ti2 + N2O par spectroscopie d'absorption infrarouge, nous avons pu identifier trois espèces pour la réaction Ti + N2O (complexe de vdW, complexe e-o et molécule s-o), et deux pour la réaction 3Ti2 + N2O = 1[OTi2(?1 - NN)] ou 1[OTiNTiN]. Nous avons montré que le titane atomique ne réagit pas avec N2O dans son état fondamental, alors que le dimère de titane s'insère spontanément dans la liaison N-O du protoxyde d'azote et conduit à la formation d'un intermédiaire 1[OTi2(?1 - NN)]. La rupture de la liaison N-N pourrait ensuite être obtenue seulement par la voie de la photochimie, conduisant au produit final 1[OTiNTiN]. Face à la pléthore de fonctionnelles de la densité et leurs difficultés vis-à-vis de corrélation non-dynamique et de contribution de dispersion, nous avons mis en ¿uvre une stratégie pour choisir la fonctionnelle la mieux adaptée à la description électronique, structurale, énergétique et vibrationnelle des composés comprenant des métaux de transition. Elle consiste à construire tout d'abord un jeu de données de référence (expérimentales et/ou théoriques obtenues à partir des méthodes ab initio de type CCSD(T) et CASPT2). Le choix de la fonctionnelle la plus pertinente sera ensuite faite sur sa capacité à reproduire au mieux les données du jeu de référence.

Mots clés: Protoxide of nitrogen; Matrix; Atomic titanium

Mots clés: Dimère de titane; Protoxyde d'azote; Dft; Ab-initio; Ftir; Matrice

Domaines: Chimie théorique et/ou physique

Asma Marzouk Marzouk Elmaalaoui. Étude de la réduction de N2O par le mono- et dimère de titane à l'échelle moléculaire : Étude combinée expérimentale par la technique d'isolation en matrice de néon-FTIR et la chimie quantique. Chimie théorique et/ou physique. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. Français. ⟨NNT : 2014PA066001⟩. ⟨tel-00945661⟩