Nanostructured Heterogeneous Catalysts: Well Defined Platinum Nanoparticles Supported on Alumina. Preparation, Characterization and Application to the Selective Hydrogenation of Buta-1,3-diene

Catalyseurs hétérogènes nanostructurés : nanoparticules de platine de morphologies définies supportées sur alumine. Préparation, caractérisation et application en hydrogénation sélective du buta-1,3-diène

Institut français du pétrole, IFP-Lyon, Direction Catalyse & Séparation, BP 3, 69390 Vernaison - France

Corresponding authors: doanhoa2000@yahoo.fr yohan.oudart@ifp.fr bertrand.baubet@wanadoo.fr catherine.verdon@ifp.fr cecile.thomazeau@ifp.fr

Abstract

Platinum nanoparticles with specific morphologies were prepared in aqueous solution. Key parameters, such as cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide CTAB) and platinum precursor (H₂PtCl₆) ratio, temperature, atmosphere (argon or hydrogen), were required to control the formation of nanostructured platinum particles, with well defined morphologies, and even to control their morphology. Platinum nanoparticles with mainly cubic morphologies, with a mix of morphologies (rods, cubes, tetrahedra) or with mainly polyhedric morphologies, were thus obtained depending on CTAB/Pt ratio, atmosphere and temperature. A mechanism of formation of theses platinum nanoparticles was proposed using a time resolved transmission electron microscopy study. After deposition onto Al₂O₃, the well crystallized nanostructured platinum particles were evaluated in the selective hydrogenation of buta-1,3-diene. Catalysts prepared with platinum nanoparticles exposing mainly the (111) crystallographic plane (polyhedric morphologies) were the most selective for the selective hydrogenation of buta-1,3-diene into butenes with a drastic decreasing of further hydrogenation into n-butane.

Résumé

Des nanoparticules de platine possédant des morphologies particulières ont été préparées en solution aqueuse. Des paramètres clefs, tels que le ratio entre le tensioactif (bromure de cetyltrimethylammonium, CTAB) et le précurseur de platine (H₂PtCl₆), la température, l'atmosphère (argon ou hydrogène), doivent être maîtrisés pour contrôler la formation des particules de platine nanostructurées et leurs morphologies. Des nanoparticules de platine se présentant soit sous la forme de cubes, soit sous la forme d'un mélange de formes (bâtonnets, cubes, tétraèdres), soit sous la forme de polyèdres ont ainsi été obtenues selon le ratio CTAB/Pt utilisé, l'atmosphère et la température. Un mécanisme de formation de ces nanoparticules de platine est proposé. Les nanoparticules de platine ont ensuite été déposées sur alumine et leurs propriétés catalytiques évaluées dans la réaction d'hydrogénation sélective du buta-1,3-diene. Les catalyseurs préparés avec des nanoparticules de platine se présentant sous la forme de polyèdres, qui exposent préférentiellement les plans cristallographiques (111), sont les plus sélectifs pour l'hydrogénation du buta-1,3-diene en butènes, avec une diminution considérable de l'hydrogénation complète vers les butanes.