Catalyse biphasique aqueuse avec des nanoparticules métalliques dans des nanoréacteurs à base de micelles réticulées – MNPatCCM

Les nanoparticules métalliques (MNPs) sont des outils pertinents en catalyse, offrant des activités supérieures à celles des métaux massifs et des catalyseurs moléculaires dans plusieurs réactions, notamment les hydrogénations. Cependant, le manque de compréhension mécanistique et d'outils de rationalisation et de prédiction en limite l’optimisation. L'un des défis de la nanocatalyse est de disposer de catalyseurs hautement actifs, sélectifs, robustes (longue durée de vie) et recyclables. La synthèse de dispersions stables de MNPs à partir de solutions homogènes nécessite un agent stabilisant, souvent un ligand organique ou un polymère. Un concept récemment développé qui combine avantageusement des conditions de réaction "homogènes" avec une récupération de catalyseur "hétérogène" est l'incorporation des nanoparticules métalliques dans les coeurs hydrophobes de micelles de polymères amphiphiles réticulés au coeur (CCMs). Ces micelles forment des dispersions aqueuses stables et agissent comme des nanoréacteurs catalytiques individuels dans des conditions de catalyse biphasique aqueuse. La migration des réactifs et des produits à travers la coquille hydrophile des CCMs est facile. La transformation catalytique se produit dans le coeur "homogène" de la micelle et la séparation produit/catalyseur se fait par simple décantation des phases organiques et aqueuses. Le projet MNPatCCM vise à optimiser les performances des nanoréacteurs catalytiques de type CCM constitués de nanoparticules métalliques (rhodium, nickel) ancrées dans les coeurs des CCMs fonctionnalisés par des ligands, pour les réactions d'hydrogénation et d'hydrogénolyse/hydrodésoxygénation. Les ligands d'ancrage dans les micelles de polymères réticulés seront introduits en utilisant des versions polymérisables des stabilisants moléculaires auparavant investigués pour des dispersions colloïdales organiques de MNPs. L'effet des bases ajoutées sera étudié afin de déterminer la pertinence de l'intégration d'un tel promoteur dans la structure des micelles de polymères réticulés pour l'activation de l'hydrogénation et par conséquent, l’amélioration des performances catalytiques. Les performances (activités et sélectivités) obtenues avec les nanoparticules métalliques dispersées dans un milieu organique aideront à la conception de micelles de polymères réticulés au coeur optimisés pour les hydrogénations et les hydrogénolyses/hydrodésoxygénations en conditions biphasiques aqueuses. Une attention particulière sera accordée aux questions de recyclage et de durabilité (en augmentant l'efficacité de l'utilisation des métaux, en particulier pour le métal noble Rh). Après l’optimisation des performances catalytiques des nanoréacteurs catalytiques chargés en rhodium, la stratégie de synthèse sera étendue au développement de systèmes similaires intégrant des nanoparticules d'un métal abondant de la première ligne du tableau périodique, le nickel. Cela permettra de répondre à une préoccupation majeure en catalyse, à savoir le remplacement des métaux nobles par des métaux moins critiques en termes d'abondance et de coût. Le criblage des substrats et l'optimisation des conditions tireront parti de méthodes adaptées pour déterminer la pertinence des meilleurs catalyseurs à une échelle industrielle. Le but ultime sera d'effectuer une analyse économique et une évaluation du cycle de vie pour les réactions catalytiques les plus prometteuses avec des substrats d'intérêt industriel.