Conception de catalyseurs hétérogènes à atome unique à base de céramique pour la conversion sélective du CO2 – DESTINY

Les catalyseurs à atomes uniques (Single Atom Catalysts ou SACs) sont considérés comme la forme ultime de catalyseurs. Le comportement des SACs est généralement régi par l'environnement de coordination et la nature du support. En effet, les supports avec des sites de coordination réglables offrent la possibilité de stabiliser les atomes individuels. Bien que le domaine de la catalyse à base d'atomes uniques soit devenu un sujet intense, les applications pratiques dans les processus industriels manquent encore en raison de plusieurs obstacles tels que leur synthèse, leur stabilité et leur intégration dans un réacteur catalytique en flux continu. Avec DESTINY, je propose une approche nouvelle et différente en concevant des SACs sur un support céramique conçu de manière rationnelle par un processus de fabrication additive. Le support céramique conférera une grande stabilité tandis que l'utilisation de l'impression 3D par stéréolithographie (SLA) permettra la préparation de supports à la morphologie complexe afin d'optimiser le flux et les interactions des réactifs avec les sites atomiques individuels. Le premier objectif consistera à synthétiser des précurseurs inorganiques sensibles à la lumière pour stabiliser les atomes individuels après la céramisation. Le deuxième objectif sera d'explorer le comportement des SACs imprimés en 3D pour l'hydrogénation du CO2 en éthanol et en alcools C2+ utilisés comme réactions modèles. Mes recherches impliqueront une combinaison de tests catalytiques et des techniques de caractérisation avancées - notamment en opérando - afin d'élucider la corrélation entre la coordination des atomes métalliques dans les céramiques et les performances de la réaction. L'objectif final sera de réaliser un réacteur à flux continu imprimé en 3D basé sur des SACs soutenus par une céramique pour l'hydrogénation du CO2 en éthanol. La combinaison du support céramique très stable et du contrôle du site de coordination par la conception rationnelle de précurseurs, associée à l'architecture tridimensionnelle spécifique, permettra une grande sélectivité et un taux de conversion élevé du CO2. DESTINY sera la première démonstration de l'impression 3D de SACs et constituera un paradigme en ingénierie des matériaux, avec des applications pratiques dans l'utilisation du CO2.