Catalyses hétérogènes

Synthèse de nanoparticules de cobalt, de nickel et alliages : application en catalyse.

Les dernières décennies ont montré que les nanocristaux (NCs) peuvent jouer un rôle important dans de nombreux domaines tels que la biologie, la catalyse et le magnétisme. D’un point de vue durable, il est nécessaire de limiter l’utilisation de métaux rares (platine, palladium, etc) comme catalyseurs. Pour obtenir des propriétés électroniques et chimiques intéressantes, il faut concevoir soigneusement le nano-objet, c’est-à-dire sa forme, sa taille, sa phase et sa composition. Depuis 2015, MP et MB en collaboration avec le Laboratoire MONARIS, (Pr. Christophe Petit et le Dr Caroline Salzemann), étudient la synthèse de nanoparticules de cobalt et de nickel en partant de précurseurs basse valence simple facile d’accès. Le but de ces études est d’obtenir des nano-objets de façon contrôlée et reproductible dans des conditions douces. Au cours de cette collaboration, ANR NUMEN (2018-2022), le mécanisme de formation des NPs a été rationalisée, ainsi que la mise au point d’une synthèse ultra rapide et plus douce toujours avec le même complexe dans le THF en présence cette fois d’alcool gras comme surfactant. Ce type de surfactant ayant pour avantage d’être peu onéreux et surtout facilement échangeable par des amines, des acides ou même phosphines. Grace à cette synthèse nous envisageons dans le cadre de du projet ORCHESTRAL (Financement ISIM 2021) la synthèse de NPs de cobalt chirales soit par échanges de ligands après la synthèse, soit en utilisant des alcools chiraux de type hélicène au cours de la synthèse à température ambiante. Une même stratégie est d’ailleurs envisagée dans le cadre de L’ANR CHIRNATION pour le développement de NPs d’or chirale et leur application en catalyse. L’utilisation d’alcool chiraux issu de la biomasse est aussi envisagé.

Synthèse de nanoparticules de fer. 

En collaboration avec Pr E. Guenin et Dr D. Luart (UTC, Compiègne), JO et AP visent à développer des réactions d’amination C–H d’arènes et d’alcènes simples dans l’eau en utilisant des nanoparticules de fer stables (Fe-NPs). Plusieurs types de Fe-NP, avec des structures et des revêtements variés, seront préparés par des synthèses respectueuses de l’environnement, sans solvants toxiques et en présence de réactifs biocompatibles comme stabilisateurs. Ils seront évalués en tant que catalyseurs réutilisables pour la synthèse d’amines primaires. Cette amination directe impliquera l’action de cations radicaux de type ammoniac, générés in-situ par transfert d’un seul électron (SET) à partir d’hydroxylamines et de Fe-NP. En outre, ce projet vise à transposer ces réactions d’amination C–H hétérogènes à la chimie des flux, ainsi que dans le processus en cascade vers des dérivés de quinoléine à partir d’anilines formées in-situ.

Procédés de chimie en flux hétérogène pour la fonctionnalisation de dérivés du furfural. 

Afin d’envisager une montée en échelle de procédés de fonctionnalisation C–H du furfural, actuellement en collaboration avec le Dr J. Blanchard, JO transpose certains des procédés connus au palladium en chimie en flux. Afin d’avoir une stratégie durable, l’utilisation d’un réacteur tubulaire contenant le catalyseur en phase hétérogène. Ainsi, l’association des avantages de la chimie en flux à ceux de la catalyse hétérogène, en greffant le complexe PdX2 sur un support oxyde (de type silice ou alumine), permettra de développer des procédés de fonctionnalisation du furfural plus propres et plus sûrs.