DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Développement de catalyseurs nitrures supportés pour l'hydrogénation et l'amination réductrice d'acides biosourcés – NITAMIN

Résumé de soumission

Il est essentiel de concevoir des procédés catalytiques qui répondent à la double exigence de procédés chimiques respectueux de l’environnement et économiquement compétitifs. Les catalyseurs les plus efficaces pour les réactions d’hydrogénation contiennent en général un métal noble supporté sur un oxyde métallique. Cependant, une revue de la littérature sur la formulation de catalyseurs révèle un intérêt croissant pour le développement et l'utilisation de nitrures interstitiels de métaux de transition (par exemple Mo, W, V). Par rapport aux métaux nobles, les nitrures métalliques possèdent une stabilité chimique particulière, sont moins sensibles aux poisons et peuvent conduire à des sélectivités différentes en réaction.

L'objectif du projet NITAMIN est le développement de nitrures de métaux non précieux supportés comme alternatifs aux métaux nobles classiques pour les réactions d'hydrogénation et d'amination réductrice d'acides carboxyliques biosourcés, en diols ou dérivés de pyrrolidone. Ces composés sont utilisés comme solvants et pour la synthèse de polymères.

Les études ont principalement porté sur la synthèse de nitrures de molybdène non supportés. Pour ces matériaux, l'adsorption et les propriétés catalytiques sont régies par la structure et la surface : l'état d'oxydation du Mo, la structure cristallographique, le degré de nitruration jouent des rôles cruciaux. Les catalyseurs de nitrures supportés sont généralement préparés par imprégnation avec une solution d’un sel précurseur, suivie d'étapes de réduction et de nitruration. De plus, il a été rapporté récemment que certains paramètres, comme la dispersion du nitrure, peuvent être affectés par la nature du support.

Avec ce projet, nous voulons étudier l'influence des différents paramètres de la synthèse sur les caractéristiques structurelles du catalyseur. À partir des connaissances acquises, nous pourrons contrôler et adapter les propriétés critiques pour améliorer l'activité, la sélectivité et la stabilité dans les réactions visées.

Des caractérisations physico-chimiques des solides seront effectuées afin de mieux comprendre et contrôler le mécanisme de nitruration ainsi que la relation structure / activité. La nature du précurseur, la voie de dépôt, et les conditions de traitement thermique sont des paramètres clés pour optimiser la réponse catalytique. Parallèlement à la voie d'imprégnation traditionnelle, d'autres méthodes seront étudiées, telles que la méthode colloïdale. Une caractérisation fine sera effectuée par spectroscopies Raman et XPS afin d'identifier les paramètres critiques contrôlant la sélectivité, l'activité et la stabilité des catalyseurs. Nous étudierons d'abord les catalyseurs à base de nitrures de molybdène, puis les nitrures de tungstène et vanadium. TiO2, ZrO2 et C seront utilisés comme supports, car ils sont connus pour être stables dans les conditions hydrothermales utilisées lors de ces réactions.
Nous développerons également des études thermodynamiques et des simulations (DFT) sur les énergies de surface, les morphologies et les transformations de phase des différents nitrures. Cela nous permettra d'identifier la morphologie des nitrures en fonction des conditions de préparation et d'étudier l'effet des conditions réactionnelles.

N. Perret est spécialisée dans le développement de catalyseurs nitrures pour les réactions d'hydrogénation. Avec ce projet, elle élargira ses connaissances en caractérisation des solides en collaborant avec S. Loridant à IRCELYON, spécialiste de la caractérisation des matériaux oxydes, en particulier de la spectroscopie Raman. Ce projet sera également réalisé en collaboration avec C. Michel (LC-ENSL), une experte reconnue en simulations pour la conversion de la biomasse. Deux chercheurs postdoctorants seront embauchés pour ce projet, avec un total de 30 personnes.mois. Le financement total demandé pour cet ANR est de 251 000 €.

Coordinateur du projet

Madame Noémie PERRET (Institut Recherches sur la Catalyse et l'environnement de Lyon)

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

LCH Laboratoire de chimie
IRCELYON - CNRS Institut Recherches sur la Catalyse et l'environnement de Lyon

Aide de l'ANR 221 783 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2017 - 48 Mois

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