Le CO multi-lié, un acteur clé de la synthèse Fischer-Tropsch

La synthèse Fischer-Tropsch est un procédé catalytique qui permet de produire des hydrocarbures à partir de gaz de synthèse, issu aussi bien de sources fossiles que de biomasses. Elle pourrait permettre de réduire la part de pétrole dans le mix énergétique mais reste mal comprise. Des chercheurs de l’Institut de Recherche sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon (CNRS/Université de Lyon) et de l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble) ont éclairci le mécanisme des catalyseurs au cobalt utilisés dans cette réaction.

Quatre métaux peuvent catalyser cette réaction qui transforme un mélange gazeux de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) en hydrocarbures : le ruthénium et le nickel, peu utilisés, ainsi que le fer et le cobalt. Les chercheurs ont étudié des catalyseurs à base de cobalt sélectivement empoisonnés par de l’étain, dans des conditions réactionnelles réalistes. L’ajout de l’étain permet de mieux suivre l’évolution des réactifs et des produits par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Dans cette réaction, les catalyseurs fixent à leur surface les molécules de monoxyde de carbone, aidant par là leur rencontre avec le dihydrogène. Mais ces molécules de monoxyde de carbone peuvent se lier à un seul atome du catalyseur (CO linéaire) ou à plusieurs (CO multi-lié).

Pour la première fois de manière quantitative, les scientifiques ont démontré la relation entre les vitesses spécifiques de décomposition des CO multi-liés et les vitesses spécifiques de formation des principaux produits de la réaction, méthane et propène, à pression atmosphérique. Les CO multi-liés jouent donc un rôle primordial dans la synthèse Fischer-Tropsch catalysée au cobalt. À l’inverse, les CO linéaires, aussi présents à la surface du catalyseur lors de la réaction, ne sont finalement que de simples spectateurs.

Ces résultats sont essentiels pour l’optimisation de catalyseurs Fischer-Tropsch. Une voie incontournable pour valoriser des matières premières (fossiles ou non) en carburant propre sans soufre et sans composé aromatique.

Référence

Anaëlle Paredes-Nunez, Davide Lorito, Laurence Burel, Debora Motta-Meira, Giovanni Agostini, Nolven Guilhaume, Yves Schuurman and Frederic Meunier
CO Hydrogenation on Cobalt-Based Catalysts: Tin Poisoning Unravels CO in Hollow Sites as a Main Surface Intermediate
Angewandte Chemie International Edition – Janvier 2018
DOI: 10.1002/anie.201710301