Contexte Pt/CeO2 est un système prometteur pour catalyser la production d’hydrogène par la réaction de gaz à l’eau (CO + H2O → CO2 + H2) à basse température1. De plus, ce catalyseur est considéré comme “dynamique” car le platine peut être dispersé jusqu’à l’atome isolé au cours d’un traitement oxydant à température modérée ou former des clusters sous traitement réducteur [2]. Il a précédemment été montré qu’à partir d’atomes isolés, il était possible de former des clusters (taille < 2 nm) plus actifs à basse température pour l’oxydation du CO à partir de traitements redox [3,4]. Dans ce travail, l’influence de différents traitements redox sur l’activité de Pt/CeO2 pour la réaction de gaz à l’eau a été étudiée en fonction de la teneur surfacique en platine afin de relier les propriétés physicochimiques des catalyseurs à leur activité. Matériaux et méthodes Des catalyseurs Pt/CeO2 ont été préparés par imprégnation d’un précurseur Pt(NH3)4(NO3)2 à différentes charges en platine sur une cérine de haute surface spécifique (150 m²/g). L’imprégnation a été suivie d’une calcination sous air à 500 °C. Les catalyseurs ont par la suite été caractérisés avant, pendant et après réaction par ICP-OES, XRF, BET, XRD, STEM-HAADF, réduction en température programmée sous H2 / CO (H2 / CO-TPR), CO-DRIFTS, Raman operando et DRIFTS operando. Les performances des catalyseurs ont été mesurées à 235 °C avec un réacteur à lit fixe traversé par un mélange H2O/CO/Ar:32/8/60% à pression atmosphérique. Résultats et discussion Les catalyseurs Pt/CeO2 sont composés d’atomes isolés et de clusters de PtOx après calcination. Les tests catalytiques montrent une réduction rapide de la cérine sous flux réactionnel, tandis que les images STEM montrent la formation de nanoparticules de platine d’environ 1.5 nm après quelques minutes sous flux. Un optimum en productivité d’hydrogène est observé après quelques minutes de réaction, probablement dû à la formation transitoire d’un site réactionnel plus actif. Un optimum est également observé pour une teneur surfacique de 0.12 at Pt/nm² traduisant deux comportements différents entre les faibles et les fortes teneurs en platine. Cette charge optimale correspond à un compromis entre la dispersion du platine et la réductibilité de la cérine. De plus, des traitements redox ont été appliqués, initialement pour contrôler la taille des nanoparticules de platine. Un traitement réducteur à 500 °C améliore grandement les performances catalytiques pour les faibles teneurs en platine, ce qui est expliqué par une augmentation de la réductibilité de la cérine (fig. 1C – trait pointillé). En revanche, ce même traitement diminue l’activité pour les plus fortes charges en platine car sa dispersion diminue. Différents traitements oxydants ont été appliqués pour redisperser le platine après 1 h sous flux réactionnel. Contrairement aux fortes teneurs où un traitement oxydants n’a aucun effet, l’activité initiale est retrouvée suite à un traitement oxydant à 230 °C pour les faibles teneurs. Une forte activation est même constatée suite à un traitement oxydant à 500 °C (fig. 1A). Figure 1. (A) Activité de 0.59 wt% pour différents traitements. (B) Activité en production d’H2 de catalyseurs Pt/CeO2 à différentes teneurs en Pt. (C) Résultats des H2-TPR avec le taux de réduction (rouge) et la réductibilité (bleu) pour différentes teneurs en Pt après oxydation à 500 °C pendant 1 h (cycle 1 - trait plein) et après le cycle 1 et une réoxydation à 500 °C pendant 1 h (cycle 2 – trait pointillé). Conclusions La dispersion du platine et la réductibilité de la cérine jouent un rôle majeur pour contrôler l’activité du catalyseur au cours de la réaction de gaz à l’eau. Afin d’optimiser l’activité en hydrogène, ces deux paramètres peuvent être contrôlés par la modification de la teneur surfacique en Pt et l’application de traitement redox. (1) Panagiotopoulou, P.; Kondarides, D. I. Catal. Today 2007, 127 (1), 319–329. (2) Moliner, M.; Gabay, J. E.; Kliewer, C. E.; Carr, R. T.; Guzman, J.; Casty, G. L.; Serna, P.; Corma, A. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (48), 15743–15750. (3) Gänzler, A. M.; Casapu, M.; Vernoux, P.; Loridant, S.; Cadete Santos Aires, F. J.; Epicier, T.; Betz, B.; Hoyer, R.; Grunwaldt, J.-D. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56 (42), 13078–13082.. (4) Ferré, G.; Aouine, M.; Bosselet, F.; Burel, L.; Aires, F. J. C. S.; Geantet, C.; Ntais, S.; Maurer, F.; Casapu, M.; Grunwaldt, J.-D.; Epicier, T.; Loridant, S.; Vernoux, P. Catal. Sci. Technol. 2020, 10 (12), 3904–3917.