Développement de catalyseurs hétérogènes hydrophobes ultra-stables par utilisation de liaisons pi – PICATA

La catalyse hétérogène ne contrôle pas seulement la transformation du pétrole en essence et produits dérivés mais également la production de masse de produits chimiques et pharmaceutiques, ainsi que les nouveaux produits chimiques issus de la biomasse et les nouveaux vecteurs d'énergie. Malgré la diversité des réactions et phases actives employées, la synthèse de catalyseurs solides repose quasi-exclusivement sur l'utilisation de liaisons covalentes ou ioniques fortement polarisées. Dans le cas des nanoparticules métalliques supportées, celles-ci sont généralement formées à partir de la réduction contrôlée d'un précurseur greffée. Les groupements hydroxyles sont communément utilisées comme points d'ancrage pour les complexes métalliques, de telle façon que l'atome de métal est lié de façon covalente à la surface de l'oxyde via un atome d'oxygène. Ainsi, même les supports carbonés sont oxydés de façon à générer ces fonctions terminales oxygénées et utiliser l'approche covalente.
Cependant, l'apparition de nouvelle structures moléculaires comme le graphène ouvrent de nouvelles opportunités pour la distribution homogène de catalyseurs métalliques sur ces surfaces vierges via des interactions non-covalentes avec les cycles aromatiques. PICATA vise à ouvrir une nouvelle voie de synthèse de catalyseurs et électro-catalyseurs métalliques sur ce type de surface hydrophobe, en passant d'une approche covalente à une approche non-covalente.
Dans une première partie, PICATA se propose d'élaborer une méthode de synthèse chimique "bottom-up" qui permet de décorer efficacement les surfaces polyaromatiques vierges avec des nanoparticules métalliques (NP M) en une étape, à partir de la réduction directe de complexes métalliques en présence des ces surfaces. Le projet va donc déterminer les conditions de synthèse, sous ultras-sons, ainsi que la nature des complexes métalliques appropriés, qui vont permettre d'obtenir des dispersions élevées de phases (électro-)catalytiquement actives de métaux nobles et non-nobles sur des surfaces hydrophobes carbonées.
Dans une deuxième partie, PICATA évaluera le potentiel de ces nanocomposites M-graphène dans quelques-uns des grands défis de chimie et d'énergie de ce siècle, comme les oxydations basse température promue par l'hydrogène, l'hydrogénation partielle d'alcynes et les réactions électrocatalytiques impliquées dans les piles à combustibles à membrane échangeuse de proton et dans les piles alcalines, et la réaction de Fischer-Tropsch. Des procédés plus durables seront mis au point en optimisant les nanostructures M-graphène et en considérant en particulier la synthèse de nanoparticules d'alliages au sein de ces matériaux hydrophobes.