Projet ANR-13-BS08-0018 – MOSAIC : Caractérisation structurale multiéchelle, Operando de Catalyseurs industriels de type phosphate de vanadium
Programme : Blanc - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc SIMI 8) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Eric LE FUR (Institut des Sciences Chimiques de Rennes)
Partenaires : Institut des Sciences Chimiques de Rennes; Laboratoire Catalyse et Spectrochimie; Unité de Catalyse et de Chimie du Solide
Montant : 386984.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Le projet MOSAIC (Caractérisation structurale multi-échelle, Operando de Catalyseurs industriels de type phosphate de vanadium) a pour objectif de comprendre l’évolution des phosphates de vanadium pendant le procédé catalytique d’oxydation du butane en anhydride maléïque.
Cette classe de matériaux est exploitée depuis le début des années 80 et un grand nombre d’étude sont été dédiées à l’optimisation du catalyseur (nouvelles voies de synthèse, introduction de promoteurs) par des voies empiriques. Les recherches fondamentales dédiées à la compréhension du catalyseur ont focalisé sur l’étude de la surface supposée active.
Cependant les résultats contrastés obtenus sur les catalyseurs supportés et de récents travaux (corrélation entre les propriétés macroscopique du matériau et l’activité catalytique) ont mis lumière le rôle clé de l’ensemble du matériau. La diffusion de l’oxygène à l’intérieur du matériau et les processus de relaxation du vanadium par des mouvements atomiques pendant le processus catalytique ont été suggéré mais jamais vraiment étudié. 
Nous proposons ici une approche fondamentale multi-techniques pour aborder les propriétés structurales à différentes échelles du catalyseur dans les conditions operando. Cette approche pourra avoir un impact sur la communauté scientifique (élaboration de nouveaux catalyseurs, développement méthodologiques pour la caractérisation operando)
Le projet proposé est un projet original qui reposera sur un consortium avec des compétences très complémentaires.
Partenaire 1 « Institut des Sciences Chimiques de Rennes », équipes « Chimie du Solide et Matériaux » et Chimie Inorganique Théorique ».
Coordination du projet. Elaboration des matériaux. Ex, In Situ et Operando diffraction/diffusion des rayons X. Application des méthodes d’analyse basée sur le maximum d’entropie et la fonction de distribution de paires pour s’affranchir des limitation des méthodes de diffraction classiques. Etudes par RMN du solide assistées par des calculs théoriques de paramètres RMN.
Partenaire 2 UCCS « Unité de Catalyse et de Chimie du Solide de Lille » équipe « Verres et Méthodologie RMN ».
Développement et amélioration des séquences d’acquisition de RMN du solide, mesures RMN du Solide à très bas champ (51V) .
Partenaire 3 – LCS « laboratoire de Catalyse et de Spectrochimie », Caen.
Etudes RMN In Situ et Operando 
Les développements en RMN du solide (UCCS) offriront des outils largement améliorés pour caractériser l’ordre local dans la plupart des phases catalytiques. En combinant les plus récentes évolutions en diffusion/diffraction des rayons X (PDF, MEM) et les études par RMN du solide (CSM@ISCR) supportées par des calculs théoriques (CTI@ISCR), le désordre statique sera profondément étudié et les effets cinétiques liés à la préparation du matériau (UCCS) seront évalués. Dans un second temps, des études In Situ (température variable, conditions statiques) seront réalisées (CSM@ISCR, LCS) en amont des études operando (conditions catalytiques) pour évaluer les changements structuraux au cours des traitements thermiques et l’apparition possible d’une dynamique (compatible avec l’échelle de temps de la RMN).
Finalement des études operando seront menées (CSM@ISCR, LCS) et dédiées aux changements structuraux et à la dynamique conduisant à la découverte de possibles chemins de diffusion de l’oxygène au sein des matériaux, en lien avec l’activité catalytique.
Nous focaliseront notre attention deux types de phase présents dans le catalyseur: - les composés paramagnétiques ((VO)2P2O7 le constituant majeur) qui ne seront pas étudiés par RMN du solide car ses propriétés magnétique, affectent fortement le signal RMN et limitent la collecte d’informations structurales, - les composés diamagnétiques (différents polymorphes VOPO4). Le système d- w-VOPO4 sera particulièrement intéressant à étudier puisqu’il combine forte activité catalytique et important désordre à température ambiante.