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Catalyse hétérogène

1910
  • Paul Sabatier
Catalyseur solide dans un réacteur illustrant la catalyse hétérogène en chimie physique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

In heterogeneous catalyse, le catalyseur is in a different phase from the reactants. Typically, a solid catalyst is used with gaseous or liquid reactants. The process involves several steps: diffusion of reactants to the catalyst surface, adsorption onto active sites, chemical reaction on the surface, desorption of products, and diffusion of products away from the surface.

Heterogeneous catalysis is the cornerstone of the modern chemical industry, accounting for the vast majority of large-scale industrial processes. The key advantage is the ease of separating the catalyst from the product stream, which simplifies purification and allows for continuous operation. The catalyst is often a porous solid with a high surface area, maximizing the number of available active sites. These catalyseurs can be unsupported (e.g., platinum gauze) or, more commonly, supported, where catalytically active metal nanoparticles are dispersed on a high-surface-area support material like alumina ([latex]Al_2O_3[/latex]), silica ([latex]SiO_2[/latex]), or activated carbon.

The mechanism, often described by the Langmuir–Hinshelwood model, involves the adsorption of reactant molecules onto the catalyst surface. This adsorption weakens the chemical bonds within the reactants, lowering the activation energy for the reaction. After the reaction occurs between adsorbed species, the product molecules desorb from the surface, freeing the active site for another catalytic cycle. The overall rate can be limited by any of these steps, from mass transport of reactants to the surface to the desorption of products. Catalyst deactivation through processes like poisoning (strong adsorption of impurities), coking (deposition of carbonaceous material), or sintering (loss of surface area at high temperatures) is a major practical challenge.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Chimie physique

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • discovery of adsorption by Carl Wilhelm Scheele and Felice Fontana
  • Les études de Michael Faraday sur les propriétés catalytiques du platine
  • Travaux de Paul Sabatier sur l'hydrogénation catalytique des composés organiques
  • développement de techniques de sciences de surface

Applications

  • Procédé Haber-Bosch pour la synthèse de l'ammoniac
  • convertisseurs catalytiques dans les automobiles
  • craquage catalytique fluide (FCC) dans le raffinage du pétrole
  • Procédé Fischer-Tropsch pour carburants synthétiques
  • procédé de contact pour la production d'acide sulfurique

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • catalyseurs à atome unique pour une efficacité et une sélectivité maximales
  • Structures de catalyseur imprimées en 3D pour un flux et un transfert de masse optimisés
  • catalyseurs auto-régénérants qui peuvent inverser les effets de l'empoisonnement
  • catalyseurs plasmoniques qui utilisent l'énergie lumineuse pour déclencher des réactions
  • structure métallo-organique (mof) based catalysts with tunable porosity
  • membranes catalytiques qui combinent réaction et séparation en une seule étape
  • nanoréacteurs avec catalyseurs encapsulés pour réactions en cascade
  • catalyseurs permettant de convertir directement l'azote en engrais dans des conditions ambiantes
  • catalyseurs magnétiques pour une récupération facile des réactions en phase liquide
  • catalyseurs qui fonctionnent efficacement à basse température pour économiser de l'énergie
Thèmes liés : catalyse hétérogène, catalyseur solide, chimie des surfaces, adsorption, site actif, désorption, Langmuir-Hinshelwood, support de catalyseur, chimie industrielle, transport de masse.

Contexte historique

Catalyse hétérogène

1904
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1902
1907
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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