Etude DFT des propriétés énergétiques et structurales des surfaces de TiO2 (anatase) en fonction des conditions opératoires (T, P(H2O), P(H2S) )

Corinne Arrouvel (a), (b), P. Raybaud (a), M. Breysse (b) et H. Toulhoat (a)


a Division Chimie et Physico-Chimie Appliquée; Institut Français du Pétrole, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92858 Rueil-Malmaison Cedex, France

bLaboratoire de Réactivité de Surface; Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France

La phase anatase de TiO2 est utilisée comme modèle expérimental de support de catalyseurs d'hydrotraitement (HDT), procédé clef du raffinage industriel. En vue d'explorer à terme les interactions de la phase active du catalyseur et du support, nous étudions préalablement les propriétés des surfaces hydratées et hydro-sulfurées de TiO2. Les calculs ab initio implémentés dans le logiciel VASP dans le formalisme de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) nous permettent de déterminer les énergies de surface des plans (100), (001), (101) et (110) en fonction de la température, de la pression partielle en H2O, P(H2O) et de la pression partielle en H2S, P(H2S).

En particulier, nous trouvons que les faces thermodynamiquement les plus stables sont les faces (101) et (001) confirmant certaines observations expérimentales. Nous montrons également que la nature des espèces présentes en surface et donc les propriétés acido-basiques de surface sont très sensibles aux taux d'hydratation et de sulfuration.
Enfin, dans le prolongement des travaux théoriques de M. Digne et al.1 sur l'hydratation des surfaces de l'alumine-gamma, support industriel des catalyseurs d'HDT, une étude d'hydro-sulfuration de l'alumine-gamma est en cours en vue de mettre en évidence d'éventuelles différences de propriétés acido-basiques et de réactivité de ces deux supports vis-à-vis d'H2S.

[1] M.Digne, P.Sautet, P.Raybaud, P.Euzen and H.Toulhoat, J. Catal., 211 (Prior. Comm.), 1-5 (2002).