Design and investigation of metal oxide catalysts as cavitation agents for assisted-catalytic reactions

Conception et investigation de catalyseurs à base d'oxyde métallique comme agents de cavitation pour les réactions catalytiques La génération de radicaux formés in situ et de points chauds localisés à des températures proches de la température ambiante grâce à la cavitation induite par ultrasons est devenue un domaine de recherche prometteur. Cette technique offre des voies potentielles pour une synthèse chimique écologique et écoénergétique, et des solvants sûrs pour atteindre des processus durables sur le plan environnemental. Le phénomène de cavitation acoustique—impliquant la formation, la croissance et l'implosion de bulles microscopiques dans un milieu liquide sous l'effet des ondes ultrasonores—crée des points chauds localisés qui facilitent des transformations chimiques significatives même à des températures proches de la température ambiante. Cependant, obtenir de la cavitation dans des liquides purs comme l'eau nécessite un seuil de pression négative maximale d'environ -140 MPa à 25 °C, ce qui demande une énergie acoustique extraordinairement élevée, posant des défis pour l'efficacité et la faisabilité des réactions induites par ultrasons dans des liquides purs.En outre, des recherches ont été réalisées sur la catalyse hétérogène pour effectuer des réactions catalytiques en utilisant les ultrasons pour des transformations chimiques. Les bulles de cavitation formées sur les surfaces solides concentrent les événements de cavitation et leur effondrement subséquent, essentiels pour développer des processus sonocatalytiques efficaces. Malgré les avantages, confiner les événements de cavitation près des catalyseurs hétérogènes reste un défi avec les approches et conceptions existantes.Dans ce contexte, cette thèse aborde le défi de la sonocatalyse classique en modifiant les propriétés de surface des oxydes métalliques qui pourraient à leur tour agir comme agents de cavitation catalytiques pour améliorer les taux de réaction. La principale enquête scientifique s'est concentrée sur la manière dont les phenomène de cavitation confinés à une surface catalytique améliorent le taux de réactions sonochimiques, garantissant un transfert d'énergie efficace des bulles de cavitation au catalyseur. En utilisant cette stratégie, cette thèse a démontré que les agents de cavitation catalytiques avec des propriétés de surface soigneusement conçues peuvent : (1) réduire l'amplitude de pression acoustique requise pour la cavitation, (2) maximiser les événements de cavitation sur la surface de CuO pour une décomposition catalytique efficace du H₂O₂ généré in situ, et (3) améliorer le taux des applications sonocatalytiques en utilisant des réactions de sonde telles que la dégradation des polluants organiques, ainsi que les réactions d'oxydation des sucres et des polyols.