Conception de nouveaux matériaux de type phosphate comme catalyseurs hétérogènes dans l'eau – PhosCat

Le projet PhosCat proposé par l’équipe C’Durable à IRCELYON implique 6 membres avec une expérience transversale allant de la synthèse de matériaux à la valorisation de biomasse en passant par la catalyse hétérogène.
Il vise à développer des solides à base de phosphates de métaux de terre rares comme catalyseurs hétérogènes ayant des sites actifs acides et métalliques, pour la transformation moléculaire de bioressources dans l’eau.
De nombreux solides acides sont connus mais leur stabilité dans l’eau chauffée n'a jamais été vraiment démontrée car généralement utilisés pour des réactions en phase gazeuse, où les problèmes de stabilité sont différents. La structure ainsi que l’acidité peuvent être perdues, avec perte d’efficacité catalytique empêchant une réutilisation.
PhosCat prévoit d’évaluer des solides à base de phosphates de terres rares pour de la catalyse hétérogène dans l’eau, jamais été utilisés pour cette application. Ils présentent une diversité structurale riche et sont connus pour leur durabilité chimique, stabilité thermique et aussi en conditions hydrothermales.
Ces solides peuvent donc posséder des caractéristiques acides, texturales et de stabilité adéquates pour l’application recherchée.
La méthodologie inclut la préparation d’une librairie de phosphates LnPO4·nH2O (Ln = La, Ce, Er...). Seront caracterisées la composition métallique, la structure, la texture et l’acidité, cette dernière par des méthodes d'adsorption de molécules sondes et de réactivité modèle. L’attention sera portée à la stabilité hydrothermale, point clé du projet, qui sera évaluée par le traitement des solides sous différentes conditions de température, pression et pH..
Les matériaux les plus prometteurs seront améliorés en changeant le mode de synthèse, en introduisant une porosité (synthèse en présence de template), par substituant des métaux de réseau par d'autres métaux comme Ta, Nb pouvant ajouter une acidité, et par supportant des nanoparticules de métalliques de Ru, Pd, Pt, pour donner des solides sur mesure pour des réactions d’hydrolyse ou déshydratation acide, avec au besoin une fonction métallique pour des réactions d’hydrogénation.
Les transformations catalytiques visées vont d’abord impliquer des sucres simples comme l'hydrolyse et l'isomérisation du glucose. Puis, comme objectif final, des études encore complexes nécessitant des conditions hydrothermales plus drastiques car impliquant la valorisation oligo et polysaccharides seront menées. Dans tous les cas, la stabilité des catalyseurs dans ces conditions ainsi que la possibilité de réutilisation seront évaluées.