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Hydrogène et Boranes : Modèles pour le Stockage Réversible de l'Hydrogène et Applications Catalytiques – HyBoCat

Résumé de soumission

Les recherches concernant les sources d'énergie comme substituts du pétrole sont des axes prioritaires dans de nombreux pays. Dans ce domaine, l'hydrogène comme carburant du futur occupe une place de choix, aussi bien en France qu'au niveau international. Le projet proposé ici par l'équipe de Sylviane Sabo-Etienne du LCC à Toulouse associée à Eric Clot, Institut Gerhardt à Montpellier s'inscrit dans cette thématique générale. Il a pour objectif d'élaborer de nouveaux modèles en chimie organométallique pour le stockage réversible du dihydrogène, de comprendre les mécanismes de réversibilité des processus d'hydrogénation et de déshydrogénation et, en parallèle, d'accéder à de nouveaux précurseurs catalytiques et de les tester sur des réactions cibles. Le partenariat entre expérimentalistes et théoriciens permettra d'avoir une vue la plus précise possible des mécanismes réactionnels, pour contrôler au mieux la réversibilité du stockage de l'hydrogène et définir les interactions existantes entre le métal et les liaisons mises en jeu. Une attention particulière sera portée à l'activation des liaisons H-H, H-B et H-C. L'équipe de S. Sabo-Etienne est internationalement reconnue pour ses travaux dans le domaine de la chimie des complexes sigma (dihydrogène, silane et borane). Les points suivants discutés récemment dans la littérature ont particulièrement guidé notre choix pour proposer un projet ambitieux dans le domaine de l'activation du dihydrogène et des boranes : l'ammonia-borane est considéré comme une molécule cible car elle contient 19.6 w% d'hydrogène, peut être stockée à température ambiante et contient des atomes d'hydrogène de natures différentes, protique et hydrure. Cependant, le verrou associé à son utilisation comme matériau de stockage d'hydrogène pour des applications dans l'automobile demeure la non réversibilité : sa décomposition libère certes du dihydrogène mais conduit à des dérivés BNHx impossibles à réhydrogéner. Quelques résultats commencent à apparaitre dans la littérature démontrant l'intérêt d'utiliser des complexes organométalliques comme catalyseur de déshydrogénation de l'ammonia-borane et de ses dérivés. Très peu d'informations sont disponibles sur les propriétés des complexes sigma-borane qui apparaissent désormais comme des intermédiaires clés dans l'activation de l'ammonia-borane et des molécules dérivées. Ces faits combinés aux deux résultats récemment mis en évidence dans notre équipe, à savoir la synthèse d'un complexe bis(dihydrogène) du ruthénium capable de libérer 10 atomes d'hydrogène par métal de manière réversible dans des conditions douces (publication dans Angew. Chem. en 2007) et la synthèse du premier complexe borylène neutre du ruthénium intervenant dans un processus réversible de fixation d'hydrogène et libération du borane également dans des conditions très douces (publication dans JACS en 2008), nous conduisent à proposer un programme dont les objectifs principaux sont les suivants : 1) élaborer des nouveaux complexes polyhydrures dans le but de favoriser la fixation réversible du dihydrogène en mettant à profit la possibilité de générer de l'hydrogène grâce à des atomes présents dans la sphère de coordination du métal sous différentes formes (hydrure, ligand sigma ou par activation C-H de ligands dits innocents tels que les phosphines). Dans ce but de nouvelles phosphines seront préparées et les composés correspondants seront isolés et caractérisés. 2) synthétiser de nouveaux composés boranes et aminoboranes pour favoriser les transferts d'hydrogène et étudier leur chimie de coordination. Préparer une série de complexes borylènes du ruthénium et étudier leurs propriétés et leur réactivité. 3) Obtenir des données cinétiques et thermodynamiques sur les processus de déshydrogénation par des études expérimentales et théoriques en chimie organométallique. 4) Evaluer l'activité catalytique des nouveaux composés dans deux domaines importants : l'hydrogénation de nitriles et l'activation des boranes (métathèse, création de liaisons B-C et fonctionnalisation du dioxyde de carbone). L'objectif à long terme sera d'accéder à des espèces pouvant être utilisées comme catalyseurs de la production réversible d'hydrogène en dopant des matériaux solides pour le stockage d'hydrogène et de développer la chimie de complexes borylènes du ruthénium dont l'analogie avec le carbène de Grubbs permet d'envisager des retombées importantes en terme d'applications en synthèse organique et en catalyse. Nous occupons une position unique au niveau national et international dans le domaine de l'activation du dihydrogène et des boranes, deux substrats intimement liés dans la course à "l'hydrogène comme carburant du futur" : notre objectif sera d'apporter des informations clés au niveau moléculaire sur les processus de stockage réversible de l'hydrogène et de développer une nouvelle chimie de complexes dihydrogène et borylène pour des applications en catalyse.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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