Des nanocatalyseurs sur mesure pour l'oxydation catalytique sélective de poly-alcools – TANOPOL

De nouveaux catalyseurs et procédés éco-efficients sont attendus pour pouvoir utiliser des ressources alternatives telles que les polyalcools dérivés de la biomasse. Plusieurs défis sont à relever pour le développement de tels catalyseurs. En premier lieu, des métaux bon marché et abondants devraient remplacer les métaux nobles ou toxiques. Puis, pour des raisons économiques et environnementales évidentes, la sélectivité vis-à-vis d'un produit valorisable donné devrait être la plus élevée possible, et ce quelle que soit la diversité des groupes fonctionnels hydroxylés présents sur le substrat oxygéné choisi issu de la biomasse. Dans le cas de la déshydrogénation sélective de polyols, il est difficile de déshydrogéner sélectivement les fonctions alcools secondaires en présence de groupements alcools primaires. Eviter l'oxydation totale d'alcools primaires en acides carboxyliques représente également un défi. Des stratégies originales doivent être développées afin d'améliorer à la fois l'activité et la sélectivité des catalyseurs. La première, proposée dans ce projet, est basée sur l'utilisation de nanoparticules de morphologies contrôlées de façon à tirer profit de la sensibilité de forme observée pour certaines réactions. La seconde consiste à bloquer certains sites actifs via l'adsorption de molécules organiques (telles que des thiols ou des amines) sur les particules métalliques de façon à améliorer la sélectivité, mais le rôle exact de ces ligands est encore très peu connu.
Pour les synthèses en solution, le contrôle de la forme des nanoparticules est habituellement obtenu via l'adsorption privilégiée de ligands coiffants sur certaines faces cristallines et par le choix judicieux des conditions de croissance. Dans certains cas, des particules présentant des faces ouvertes stabilisées par des ligands coiffants peuvent être obtenues. Ces objets combinent alors l'avantage de présenter des morphologies bien définies et de disposer de ligands organiques adsorbés à leur surface, pouvant potentiellement conduire à de meilleures sélectivités. Ils pourraient donc être directement utilisés comme des catalyseurs efficaces et sélectifs. Toutefois, le contrôle de taille est souvent réalisé empiriquement et de nombreux paramètres expérimentaux doivent être variés de façon systématique de façon à déterminer les conditions optimales. Cette approche empirique est coûteuse, chronophage et restreint les études visant à établir des relations entre structure et réactivité. Le développement de ces catalyseurs originaux et l'évaluation rapide de leurs propriétés catalytiques requièrent une compréhension globale des facteurs gouvernant la forme finale des nanoparticules mais aussi de leur activité vis-à-vis de la déshydrogénation des alcools. La modélisation de ces systèmes, couplée à des caractérisations expérimentales détaillées, est essentielle pour acquérir une connaissance fine des mécanismes de synthèse des nanoparticules et de leur activité catalytique.
Ce projet regroupe 4 partenaires académiques (i.e. ITODYS, LPCNO, LC-ENS Lyon et IRCELYON) qui possèdent des expertises complémentaires reconnues. Deux étudiants en thèse et un post-doc contribueront également à ce projet. Pour assurer une synergie forte entre approche expérimentale et théorique, les deux doctorants utiliseront ces deux approches. Le projet est organisé en trois groupes de travail (GT) reposant sur les compétences scientifiques et techniques des partenaires : coordination (GT 0); préparation de nanoparticules décorées avec des morphologies variées et présentant des ligands coiffants (GT 1); déshydrogénation catalytique de poly-alcools à l'aide de ces nouveaux catalyseurs (GT 2). La réalisation de ce projet devrait avoir des impacts non seulement dans le domaine de la catalyse hétérogène mais aussi dans celui de la préparation de nanoparticules de taille et de forme contrôlées avec des applications potentielles dans de multiples domaines allant du magnétisme à l'optique.