Nanomatériaux oxy-hydroxyfluorures inorganiques, une nouvelle famille de catalyseurs basiques sélectifs et modulables – FluHOMat

Coordinateur du projet

Stéphane Célérier (Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers)

Partenaires :

IC2MP Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (S. Célérier)
ICMCB Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (A. Demourgues)
LRS Laboratoire de Réactivité de Surface (H. Pernot)

Début du projet : 01/01/2022

Aide de l’ANR : 468 364 euros
Durée du projet scientifique : – 48 Mois

Contact

Stéphane Célérier
Chargé de Recherche CNRS
IC2MP (Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers)
UMR 7285 CNRS-Université de Poitiers
Université de Poitiers – SFA – Bâtiment B27
Equipe SAMCAT
4, rue Michel Brunet, 86073 Poitiers cedex 9, France
TSA 51106
tél: +(33) (0)5 49 45 44 17

web site: http://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/

 

Le projet FluHOMat vise à créer un changement de paradigme en catalyse basique hétérogène. En effet, au cours des dernières décennies, la catalyse acide a été largement utilisée pour la pétrochimie, éclipsant quelque peu la catalyse basique. Pour la transformation de la biomasse, qui contient une grande quantité de fonctions oxygénées, la catalyse basique doit être développée à des fins industrielles, pour offrir des alternatives fiables à la catalyse acide et permettre à de nouvelles réactions sélectives d’émerger. Pour répondre à cette question, il faut considérer que les réactions catalysées par des bases impliquent généralement une première étape de déprotonation dans laquelle un site basique est nécessaire pour extraire le proton, mais un centre acide doit aussi aider à stabiliser les espèces déprotonées. Ainsi, la capacité de déprotonation (caractère basique de Brønsted) d’un solide, est fortement liée à la fois aux propriétés acides et basiques de Lewis des sites des paires acide-bases. Dans ce but, nous prévoyons de préparer de nouveaux nanomatériaux aux propriétés acido-basiques ajustables, permettant de contrôler l’activité et la sélectivité des réactions catalysées par une base ainsi que de limiter l’adsorption de CO2, inconvénient majeur des catalyseurs basiques car impliquant des étapes d’activation thermiques coûteuses. Différents fluorures d’hydroxyde oxydes avec divers alcalino-terreux (Mg, Ba, Ca), une surface spécifique élevée, un rapport O(OH)/F et une structure cristallographique contrôlés seront explorés par différentes méthodes de synthèse comme les voies solvothermales assistées par sol-gel ou micro-ondes. De plus, l’incorporation de métaux de transition (Fe, Mn) et/ou d’éléments p (Al, Ga) sera étudiée pour modifier l’environnement (en modifiant la structure cristallographique et électronique et/ou les distances interatomiques) du site acide/base de Lewis/Bronsted dans les fluorures d’hydroxydes oxydes. L’ajustement du caractère ionocovalent de la liaison chimique par la présence simultanée d’anions fluorures, hydroxyles et oxygénés à proximité des centres métalliques pour induire des propriétés acides/basiques variables sera fondamental dans cet objectif. La caractérisation avancée de ces solides sera réalisée avec un ensemble complet de méthodes de caractérisation combinant des techniques classiques (DRX, IRTF, MET, XPS, etc.) ainsi que des techniques spécifiques (spectroscopies de photoluminescence, PDF, RMN, adsorption de molécules sondes protiques et non protiques suivie de IRTF, etc.). L’interprétation des données spectroscopiques bénéficiera de calculs DFT comparant les spectres expérimentaux et les prédictions obtenues pour des modèles de surface. L’évaluation des propriétés catalytiques sera notamment obtenue à travers l’utilisation de réactions modèles à la fois en phase gazeuse (conversion du 2-méthyl-3-butyn-2-ol et de l’isopropanol) et en phase liquide (condensation aldolique du furfural et de l’acétone). La détermination des relations structure/composition avec les propriétés catalytiques sera au centre de ce projet et contribuera à améliorer la conception des catalyseurs. L’objectif final sera de proposer une nouvelle famille de catalyseurs basiques avec une très large gamme de propriétés en termes de nature et de force du couple acide-base, permettant de les utiliser dans de nombreuses réactions impliquant des catalyseurs basiques. Les résultats obtenus sur les nanomatériaux fluorures-hydroxydes-oxydes inorganiques fourniront des données précieuses pour les communautés internationales de la catalyse et des matériaux inorganiques, et constitueraient une véritable avancée en catalyse basique et dans les applications associées (produits et énergies biosourcés). À long terme, cela contribuera à faire basculer de larges secteurs de l’économie pétrolière vers la bioéconomie. Pour les raisons mentionnées ci-dessus, l’impact économique et environnemental du projet est très important.

Communication orale

1- « Magnesium hydroxide fluorides: a new familly of heterogeneous acid-base catalysts for aldol condensation » J. Marsouin, S. Célérier, M. Duttine, A. Demourgues, J-M. Clacens, F. Richard, FCCAT 2022, 30 May – 3 June 2022, Ronce Les Bains, France.

Poster

1- «Les hydroxyfluorures de magnesium comme nouveaux catalyseurs hétérogènes pour la valorization de la biomasse (ANR FluHOMat)», H. Boumali, J. Marsouin, E. Durand, M. Duttine, A. Demourgues, J-M. Clacens, F. Richard, S. Célérier, CFCF 2022 (Colloque Français de Chimie du Fluor) – Forges-les-Eaux, 16-19 mai 2022 .