Geochemistry on manganese crusts from French Polynesia

The Tuamotu Archipelago in French Polynesia is a Co-rich ferromanganese crust province. The NODCO I survey (1986) provided detailed data on Co-rich crusts in this environment through the exploration of a restricted zone in the vicinity of Niau Island on the southern flank of the archipelago. This flat zone is a fossil atoll which, under the action of subsidence and tectonic movements, has collapsed to a water depth of 1000 m. The plateau is partially filled with coralline sediments. Outcrops of ferromanganese crusts, associated with rare nodules and slabs, are located on the inner side of the coral reef which bounds the ancient lagoon. The successive episodes of plateau history have been recorded in the different growth periods of the ferromanganese crusts. The crusts, nodules and slabs belong to the same morphological, mineralogical and geochemical family. Cobalt contents vary from 0.7 to 1.3%. The highest values belong to the thinnest ferromanganese crusts which are located on the flanks of the plateau. Average Ni contents are about 0.5% and Cu contents about 0.1%; Pt contents vary from 0.2 to 1.3 ppm. Platinum and Co are enriched in the outermost oxide zone of the crusts. Poorly crystallized -MnO2 is the dominant mineralogical phase. Cobalt enrichment seems to be related to -MnO2 particle size. The greatest contents are located in the finest material where the particle size is less than 0.1 m. Cobalt-rich crusts of the Niau Zone have the same characteristics as the Co-rich crusts from the Equatorial North Pacific. They differ in original setting: the reefal environment in the Niau Zone is superficial, overlying a volcanic substrate.

Core scans and lithologic analysis of Subglacial Lake Whillans sediment cores

The hydrologic system beneath the Antarctic Ice Sheet is thought to influence both the dynamics and distribution of fast flowing ice streams, which discharge most of the ice lost by the ice sheet. Despite considerable interest in understanding this subglacial network and its affect on ice flow, in situ observations from the ice sheet bed are exceedingly rare. Here we describe the first sediment cores recovered from an active subglacial lake. The lake, known as Subglacial Lake Whillans, is part of a broader, dynamic hydrologic network beneath the Whillans Ice Stream in West Antarctica. Even though "floods" pass through the lake, the lake floor shows no evidence of erosion or deposition by flowing water. By inference, these floods must have insufficient energy to erode or transport significant volumes of sediment coarser than silt. Consequently, water flow beneath the region is probably incapable of incising continuous channels into the bed and instead follows preexisting subglacial topography and surface slope. Sediment on the lake floor consists of till deposited during intermittent grounding of the ice stream following flood events. The fabrics within the till are weaker than those thought to develop in thick deforming beds suggesting subglacial sediment fluxes across the ice plain are currently low and unlikely to have a large stabilizing effect on the ice stream's grounding zone.

La création poétique à travers la "Correspondance Jules Supervielle-Etiemble"

A travers l’étude de la Correspondance Jules Supervielle-Etiemble et sa confrontation avec les manifestes du poète que sont  « Eléments d’une poétique » et « En songeant à un art poétique », notre article tente de définir la spécificité de la conception supervilienne de la poésie tout en évoquant les difficultés du poète à extérioriser, dans les premières années de sa jeunesse, les images inhérentes à son univers intérieur, et en faisant l’inventaire de quelques principes qui régissent son activité poétique : le refus de toutes les esthétiques et de toutes les techniques qui régissent préalablement la création poétique, l’adoption d’une technique a posteriori ou d’une « technique mouvante qui ne se fixe qu’à chaque poème », le travail de corrections, de retouches et de ratures, et le culte de l’oubli considéré moins comme une défaillance de la mémoire que comme le catalyseur des associations et images inattendues.

A bimetallic catalyst on a dual component support for low temperature total methane oxidation

Palladium, platinum bimetallic catalysts supported on η-Al₂O₃, ZSM-5(23) and ZSM-5(80), with and without the addition of TiO₂, were prepared and used for low temperature total methane oxidation (TMO). The catalysts were tested under reaction temperatures of 200-500 °C with a GHSV of 100,000 mL g^-1 h^-1. It was found that all four components, palladium, platinum, an acidic support and oxygen carrier were needed to achieve a highly active and stable catalyst. The optimum support being 17.5% TiO₂ on ZSM-5(80) where the T_10% was observed at only 200 °C. On addition of platinum, longer time on stream experiments showed no decrease in the catalyst activity over 50 h at 250 °C.

Haem uptake is essential for egg production in the haematophagous blood fluke of humans, Schistosoma mansoni

Schistosomes ingest host erythrocytes, liberating large quantities of haem. Despite its toxicity, haem is an essential factor for numerous biological reactions, and may be an important iron source for these helminths. We used a fluorescence haem analogue, palladium mesoporphyrin, to investigate pathways of haem acquisition, and showed that palladium mesoporphyrin accumulates in the vitellaria (eggshell precursor glands) and ovary of female Schistosoma mansoni. Furthermore, incubation of adult females in 10-100 μm cyclosporin A (IC50 = 2.3 μm) inhibits the uptake of palladium mesoporphyrin to these tissues, with tenfold reductions in fluorescence intensity of the ovary. In vitro exposure to cyclosporin A resulted in significant perturbation of egg production, reducing egg output from 34 eggs per female to 5.7 eggs per female over the incubation period, and retardation of egg development. We characterized a S. mansoni homologue of the haem-responsive genes of Caenorhabditis elegans. The gene (Smhrg-1) encodes a protein with a molecular weight of approximately 17 kDa. SmHRG-1 was able to rescue growth in haem transport-deficient HEM1Δ yeast. Transcriptional suppression of Smhrg-1 in adult S. mansoni worms resulted in significant delay in egg maturation, with 47% of eggs from transcriptionally suppressed worms being identified as immature compared with only 27% of eggs laid by control worms treated with firefly luciferase. Our findings indicate the presence of transmembrane haem transporters in schistosomes, with a high abundance of these molecules being present in tissues involved in oogenesis.

Experimental measurements of the collisional absorption of XUV radiation in warm dense aluminium

The collisional (or free-free) absorption of soft x rays in warm dense aluminium remains an unsolved problem. Competing descriptions of the process exist, two of which we compare to our experimental data here. One of these is based on a weak scattering model, another uses a corrected classical approach. These two models show distinctly different behaviors with temperature. Here we describe experimental evidence for the absorption of 26-eV photons in solid density warm aluminium (Te≈1 eV). Radiative x-ray heating from palladium-coated CH foils was used to create the warm dense aluminium samples and a laser-driven high-harmonic beam from an argon gas jet provided the probe. The results indicate little or no change in absorption upon heating. This behavior is in agreement with the prediction of the corrected classical approach, although there is not agreement in absolute absorption value. Verifying the correct absorption mechanism is decisive in providing a better understanding of the complex behavior of the warm dense state.

Sustainable Catalysis : Rational Pd Loading on MIL-101Cr-NH2 for More Efficient and Recyclable Suzuki-Miyaura Reactions

Palladium nanoparticles have been immobilized into an amino-functionalized metal-organic framework (MOF), MIL-101Cr-NH2, to form Pd@MIL-101Cr-NH2. Four materials with different loadings of palladium have been prepared (denoted as 4-, 8-, 12-, and 16wt%Pd@MIL-101Cr-NH2). The effects of catalyst loading and the size and distribution of the Pd nanoparticles on the catalytic performance have been studied. The catalysts were characterized by using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, powder X-ray diffraction (PXRD), N-2-sorption isotherms, elemental analysis, and thermogravimetric analysis (TGA). To better characterize the palladium nanoparticles and their distribution in MIL-101Cr-NH2, electron tomography was employed to reconstruct the 3D volume of 8wt%Pd@MIL-101Cr-NH2 particles. The pair distribution functions (PDFs) of the samples were extracted from total scattering experiments using high-energy X-rays (60keV). The catalytic activity of the four MOF materials with different loadings of palladium nanoparticles was studied in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. The best catalytic performance was obtained with the MOF that contained 8wt% palladium nanoparticles. The metallic palladium nanoparticles were homogeneously distributed, with an average size of 2.6nm. Excellent yields were obtained for a wide scope of substrates under remarkably mild conditions (water, aerobic conditions, room temperature, catalyst loading as low as 0.15mol%). The material can be recycled at least 10times without alteration of its catalytic properties.

Development of Metal–Organic Frameworks for Catalysis : Designing Functional and Porous Crystals

Metal–organic frameworks, or MOFs, have emerged as a new class of porous materials made by linking metal and organic units. The easy preparation, structural and functional tunability, ultrahigh porosity, and enormous surface areas of MOFs have led to them becoming one of the fastest growing fields in chemistry. MOFs have potential applications in numerous areas such as clean energy, adsorption and separation processes, biomedicine, and sensing. One of the most promising areas of research with MOFs is heterogeneous catalysis. This thesis describes the design and synthesis of new, carboxylate-based MOFs for use as catalysts. These materials have been characterized using diffraction, spectroscopy, adsorption, and imaging techniques. The thesis has focused on preparing highly-stable MOFs for catalysis, using post-synthetic methods to modify the properties of these crystals, and applying a combination of characterization techniques to probe these complex materials. In the first part of this thesis, several new vanadium MOFs have been presented. The synthesis of MIL-88B(V), MIL-101(V), and MIL-47 were studied using ex situ techniques to gain insight into the synthesis–structure relationships. The properties of these materials have also been studied. In the second part, the use of MOFs as supports for metallic nanoparticles has been investigated. These materials, Pd@MIL-101–NH2(Cr) and Pd@MIL-88B–NH2(Cr), were used as catalysts for Suzuki–Miyaura and oxidation reactions, respectively. The effect of the base on the catalytic activity, crystallinity, porosity, and palladium distribution of Pd@MIL-101–NH2(Cr) was studied. In the final part, the introduction of transition-metal complexes into MOFs through different synthesis routes has been described. A ruthenium complex was grafted onto an aluminium MOF, MOF-253, and an iridium metallolinker was introduced into a zirconium MOF, UiO-68–2CH3. These materials were used as catalysts for alcohol oxidation and allylic alcohol isomerization, respectively.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Coordination of phosphido-boratabenzene ligands to transition metals

Environ 90% des composés produits industriellement sont fabriqués à l’aide de catalyseurs. C’est pourquoi la conception de catalyseurs toujours plus performants pour améliorer les procédés industriels actuels est toujours d’intérêt. De la grande variété de complexes avec des métaux de transition rapportés jusqu’à présent, les complexes zwitterioniques attirent notre attention par leurs activités catalytiques souvent supérieures aux complexes cationiques normaux. Un complexe métallique zwitterionique est un fragment métal-ligand neutre où la charge positive est située sur le centre métallique et où la charge négative est délocalisée sur un des ligands liés au métal. Nous proposons la synthèse de ligands anioniques phosphine comportant des groupements borates et boratabenzènes. Cette dernière espèce est un cycle à 6 membres où l’un des atomes de carbone est remplacé par un atome de bore et qui est négativement chargé. La capacité de ces phosphines anioniques à se lier à un centre métallique à l’aide de la paire libre du phosphore est due à la nature du lien P-B qui défavorise l’interaction entre la paire libre du phosphore et l’orbitale p vide du bore. Les propriétés de di-tert-butylphosphido-boratabenzène (DTBB) comme ligand phosphine anionique hautement donneur et encombré ainsi que la découverte de ses modes de coordination inhabituels pour stabiliser les métaux de transition insaturés ont été étudiés au cours de ce travail. De nouvelles perspectives sur les modes de coordination de phosphido-boratabenzène et la force de l’interaction du lien P-B seront discutées ainsi que les applications catalytiques. Nous avons d’abord étudié la coordination η1 avec des complexes de fer, ce qui nous a fourni des données quantitatives précieuses sur la capacité du DTBB d’agir comme ligand très donneur par rapport aux autres ligands donneurs bien connus. La capacité du DTBB à changer de mode de coordination pour soutenir les besoins électroniques du métal a été démontrée par la découverte d’une nouvelle espèce ferrocenyl phosphido-boratabenzène et sa nucléophilie a été étudiée. Au meilleur de notre connaissance, aucun exemple d’un ligand boratabenzène coordonné aux métaux du groupe 11 n’existe dans la littérature. Voilà pourquoi nous avons décidé d’explorer les modes de coordination du ligand DTBB avec Cu(I), Ag(I) et Au(I). A notre grande surprise, le ligand DTBB est capable de stabiliser les métaux du groupe 11 aux états d’oxydation faibles par une liaison MP qui est une coordination du type η1, un mode de coordination guère observé pour les ligands boratabenzène. Pendant nos travaux, notre attention s’est tournée vers la synthèse d’un complexe de rhodium(I) afin de tester son utilité en catalyse. A notre grande satisfaction, le complexe Rh-DTBB agit comme un précatalyseur pour l’hydrogénation des alcènes et alcynes à la température ambiante et à pression atmosphérique et son activité est comparable à celle du catalyseur de Wilkinson. Dans un désir d’élargir les applications de notre recherche, notre attention se tourna vers l’utilisation des composés du bore autres que le boratabenzène. Nous avons décidé de synthétiser une nouvelle espèce phosphido-borate encombrée. Lorsqu’elle réagit avec des métaux, l’espèce phosphido-borate subit un clivage de la liaison P-B. Toutefois, cette observation met en évidence la singularité et les avantages de la stabilité de la liaison P-B lors de l’utilisation du fragment boratabenzène. Ces observations enrichissent notre compréhension des conditions dans lesquelles la liaison P-B du ligand DTBB peut être clivée. Ces travaux ont mené à la découverte d’un nouveau ligand ansa-boratabenzène avec une chimie de coordination prometteuse.

Catalizzatori polifunzionali per la sintesi di Metil Isobutil Chetone

In this work, we have examined the activity and selectivity of new catalysts for the single-stage production of methyl isobutyl ketone (MIBK, 4- methyl-2-pentanone) from acetone (both in liquid and gas phase), using a fixed bed reactor operated in the temperature range between 373 and 473 K. The main reaction pathways for the synthesis of MIBK from acetone are given in Fig.1. The first step is the self condensation of acetone to diacetone alcohol (DAA, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone); the second step is the dehydration of DAA to mesityl oxide (MO, 4-methyl-3-penten-2-one); the final step is the selective hydrogenation of the carbon–carbon double bond of MO to form MIBK. The most commonly observed side reactions are over-condensations and unselective hydrogenations (also shown in Fig.1). Two types of catalysts were studied: i)Pd supported on MgO-SiO2 mixed oxides with ratio of Mg to Si, synthetized using Ohnishi’s method and ii)Pd supported on alumina doped with 5% or 10% of MgO. The different Mg-Si and Mg-Al catalysts were characterized by different techniques (XRD, BET, SEM, NH3-TPD and CO2-TPD) and tested under different conditions in the condensation of acetone to diacetone alcohol and its dehydration to mesityl oxide to enhance the activity. Palladium was chosen as metal component, and its hydrogenation activity was studied. A low hydrogenation activity negatively affects the acetone conversion and promotes the production of mesityl oxide. Hydrogenation conditions being too severe may favor the unwanted hydrogenation of acetone to 2-propanol and of MIBK to methyl isobutyl carbinol (MIBC, 4-methyl-2-pentanol) but this effect is less detrimental to the MIBK selectivity than an unsufficient hydrogenation activity.

Catalytic decomposition of formic acid using supported metal nanoparticles

Upgrade of hydrogen to valuable fuel is a central topic in modern research due to its high availability and low price. For the difficulties in hydrogen storage, different pathways are still under investigation. A promising way is in the liquid-phase chemical hydrogen storage materials, because they can lead to greener transformation processes with the on line development of hydrogen for fuel cells. The aim of my work was the optimization of catalysts for the decomposition of formic acid made by sol immobilisation method (a typical colloidal method). Formic acid was selected because of the following features: it is a versatile renewable reagent for green synthesis studies. The first aim of my research was the synthesis and optimisation of Pd nanoparticles by sol-immobilisation to achieve better catalytic performances and investigate the effect of particle size, oxidation state, role of stabiliser and nature of the support. Palladium was chosen because it is a well-known active metal for the catalytic decomposition of formic acid. Noble metal nanoparticles of palladium were immobilized on carbon charcoal and on titania. In the second part the catalytic performance of the “homemade” catalyst Pd/C to a commercial Pd/C and the effect of different monometallic and bimetallic systems (AuxPdy) in the catalytic formic acid decomposition was investigated. The training period for the production of this work was carried out at the University of Cardiff (Group of Dr. N. Dimitratos).

Développement d'un matériau photocatalytique pour l'oxydation de méthanol dans l'eau

La photocatalyse est un procédé d’oxydation avancé très intéressant puisqu’il ne nécessite l’ajout d’aucun réactif chimique. Beaucoup de compagnies souhaitent utiliser ce procédé pour le traitement des gaz et des eaux. Les services Exp inc. est une compagnie qui s’intéresse à la dégradation des composés organiques volatils en milieu aqueux. Ils ont comme objectif d’améliorer leurs technologies et d’en développer de nouvelles comme la photocatalyse. L’objectif ce de projet de maîtrise est de développer un matériau capable d‘oxyder le méthanol en phase aqueuse. Le développement d’un tel photocatalyseur permet d’évaluer systématiquement l’impact de toutes les modifications apportées à un matériau de base et d’en comprendre les bénéfices. Le matériau préparé est basé sur des nanotiges de WO3 synthétisées par voie hydrothermale où l’on ajoute des nanoparticules de TiO2 pour former un composé mixte. Un co-catalyseur de réduction, le platine, est ajouté par photodéposition sur le composé TiO2/WO3. Le produit est finalement traité à l’hydrogène pour en augmenter l’activité catalytique. Pour tester les matériaux, un réacteur photocatalytique a été conçu. Le réacteur possède deux configurations, soit une avec une lampe ultraviolette plongée dans l’eau et une avec une bande de diodes électroluminescentes bleues autour du réacteur. Les modifications, telles que le traitement sous hydrogène et l’ajout de platine, augmentent considérablement l’activité des photocatalyseurs. Les nanotiges de WO3 possèdent une faible surface spécifique offrant donc une activité inférieure à un autre composé avec plus de surface. L’activité des photocatalyseurs est plus faible que celles desprocédés utilisant du peroxyde. Cependant, plusieurs avantages sont remarqués. La photocatalyse se fait à pH neutre et il est possible d’utiliser de la lumière visible. Un matériau photocatalytique basé sur des nanoparticules de WO3 à haute surface spécifique avec du TiO2, du platine et traité à l’hydrogène pourrait offrir une avenue intéressante pour Exp inc.