MATériaux carbonés méso-structurés utilisant des précurseurs CYCLOdextrines pour l’oxydation catalytique du HMF. – CYCLOMAT

Durant la dernière décennie, une attention considérable a été accordée à la synthèse des matériaux carbonés organisés. Ces matériaux trouvent, en effet, des applications de plus en plus nombreuses dans des domaines variés tels que l’électronique, le biomédical ou la catalyse. Plus particulièrement, en catalyse, la synthèse par nano-réplication est une stratégie de synthèse séduisante pour conduire à l’obtention de matériaux carbonés ayant des caractéristiques idéales de supports de phase active: aires spécifiques et volumes poreux élevés, distributions poreuses étroites et des pores à géométrie contrôlée. Le principe de la nano-réplication implique généralement la préparation de la silice sacrificielle (hard-template), le remplissage des pores de la silice par une source de carbone appropriée suivi par les étapes de carbonisation et de dissolution de la silice.

L’objectif du projet CYCLOMAT s’inscrit dans ce cadre et porte sur la synthèse et la caractérisation de catalyseurs métal–carbone nano-répliqués, contenant des nanoparticules métalliques d’or ou de platine incrustées à la surface du matériau carboné. L’aspect le plus orignal de notre projet sera basé sur l’utilisation de cyclodextrines comme agents promoteurs. Les cyclodextrines sont des oligosaccharides cycliques formés par l’enchainement de n unités glucopyranose. Ces molécules possèdent une géométrie particulière avec une cavité interne hydrophobe qui permet de forme des complexes d’inclusion hôte invité et une surface externe hydrophile associée à la présence de nombreux groupements hydroxyles.

Dans le cadre de notre projet, nous emploierons les cyclodextrines, pour synthétiser les catalyseurs nano-répliqués, dans un triple objectif : i) comme source de carbone (pour permettre la formation du support méso-structuré par réplique inverse), ii) comme nano-transporteur du métal via la formation de complexes d’inclusion ou d’adduits supramoléculaire et iii) comme molécules poly-hydroxylées pour interagir favorablement avec les silanols de surface de la silice.

Cette voie de synthèse pourrait contribuer au développement d’une classe originale de catalyseurs hétérogènes, tolérants et robustes. Au travers l’approche auto-assemblée, il est aussi attendu que, durant la catalyse, les transformations chimiques auront lieu préférentiellement en milieu confiné (pores) dans lequel l’organisation moléculaire restreinte peut conduire à des activités catalytiques et des sélectivités plus élevées. Pour valider ce concept, nous proposons ici d’étudier la réaction d’oxydation catalytique du 5-hydroxy-2-methylfurfural (HMF) en diacide ou dialdéhyde. De plus, sachant que HMF peut être produit à partir de ressources végétales cette réaction s’inscrit dans un contexte actuel visant à développer des procédés chimiques pour la valorisation de la biomasse. En parallèle, la synthèse de catalyseurs contrôles préparés par dépot de nanoparticules métalliques ou par des méthodes conventionnelles sera réalisée sur différents types de supports carbone (commerciaux ou mésoporeux). Les performances de ces catalyseurs contrôles seront évaluées dans la même réaction d’oxydation du HMF en diacide et dialdéhyde. Cet aspect sera crucial pour évaluer la vraie efficacité des catalyseurs préparés par nano-réplication à partir de cyclodextrines.

Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’appel à projet P2N 2010. La chimie qui y sera développée sera en cohérence avec l’axe thématique 1: synthèse et fabrication de nanométariaux et chimie en miieu confiné . Pour atteindre les objectifs, nous proposons de faire collaborer des chercheurs scientifiques reconnus issus de deux grands laboratoires fraças de catalyse, à savoir i) l’UCCS (Pr. E. Monflier et PR. A. Ponchel) pour leurs savoir-faire en termes de chimie supréolécs et synthèses de matériaux répliqués et l’IRCELYON (Dr. M. Besson et Dr. C. Pinel) pour leurs compétences et expériences dans le domaine des procédés d’oxydation catalytique en milieu aqueux.