The finding that ordered mesostructured silica (OMS) matrixes can stabilize guest nanocrystals has transformed the preparation of advanced catalytic materials. Today, it is possible to tailor the materials in such a way that high loading of guest catalytic phases (CPs) may be achieved at different locations in the host mesoporous matrix and, in some cases, to combine several different chemical functionalities in a single nanocomposite. The conditions for the preparation of host-guest catalytic composites have been elaborated, as have the preparation and testing of representative nanocrystal ensembles, i.e. WS
2, MoS
2, WO
3, ZrO
2 (tetragonal), TiO
2 (anatase), Cs
2.5H
0.5PW
12O
40, clusters of alumina phase and molecular species of H
3PW
12O
40, inserted in an OMS (SBA-15 and MCM-41) matrix at 35–80 wt. % loading. Special fixation methods provide uniform distribution of nanoparticles in the silica nanotubes and at the outer surface of the OMS microcrystals at high loadings. CPs with high thermostability as a result of their stabilization in the OMS matrix demonstrated superior performance by a factor of 1.5–5 in hydrotreating, acidic and oxidation reactions of hydrocarbons compared with conventional reference catalysts. Diffusion limitations in catalytic reactions performed with CP/OMS composites were estimated to be negligible. The only factor limiting the accessibility of CP to reacting molecules was partial plugging of the OMS mesopores.
To cite this article: M.V. Landau et al., C. R. Chimie 8 (2005).Résumé
La découverte du fait que les matrices de silice mésostructurées et ordonnées (MSO) peuvent accueillir et stabiliser des nanocristaux a transformé la préparation des matériaux catalytiques. Il est maintenant possible de sélectionner les matériaux de manière à obtenir une charge importante de phase catalytique (PC) dans des emplacements différents de la matrice mésoporeuse hôte et, dans certains cas, d'associer plusieurs fonctions chimiques dans un seul nanocomposite. Les conditions de préparation de composites catalytiques de type hôte-invité sont décrits, ainsi que la préparation et l'évaluation d'ensembles de nanocristaux représentatifs, tels que WS2, MoS2, WO3, ZrO2 (tétragonal), TiO2 (anatase), Cs2.5H0.5PW12O40, de cages d'alumine et d'espèces moléculaires de H3PW12O40, insérés dans une MSO (SBA-15 ou MCM-41) chargée à 35–80 % en masse. Des méthodes d'ancrage particulières conduisent à une distribution uniforme des nanoparticules dans les nanotubes de silice et, à forte charge, sur la surface extérieure des microcristaux de la MSO. Les PC à thermostabilité élevée du fait de leur stabilisation dans les MSO ont montré des performances supérieures d'un facteur 1,5–5 par rapport aux catalyseurs de référence communément employés en hydrotraitement, dans des réactions en milieu acide et en oxydation des hydrocarbures. Les limitations dues à la diffusion lors des réactions catalytiques impliquant les composites PC/MSO ont été estimées négligeables. Le seul facteur limitant l'accessibilité des réactifs aux PC est le bouchage partiel des mésopores de la MSO.
