Les phosphures de métaux de transition sont depuis longtemps considérés comme un substitut potentiel aux catalyseurs à base de métaux nobles. Ils sont moins chers et disponibles en quantités suffisantes.
« Mais l’oxydation de surface et la synthèse ont toujours posé des problèmes », explique le Dr Constanze Neumann, chef du groupe Lise-Meitner à l’Institut Max-Planck de recherche sur les métaux lourds de Mülheim. Par exemple, leur production nécessite des températures très élevées ou des matières premières réactives qui peuvent être coûteuses, hautement toxiques, voire les deux.
En collaboration avec son équipe, la jeune chimiste a trouvé une méthode élégante pour fournir une procédure en une seule étape qui s’appuie sur des matériaux à la fois sûrs et bon marché pour synthétiser un catalyseur contenant du nickel, stable à l’air. Le groupe a publié leurs résultats en Édition internationale de la chimie appliquée.
« Dans notre article, nous montrons qu’il est possible d’atteindre une dispersion élevée du catalyseur », explique le Dr Leila Karam, postdoctorante dans le groupe de Neumann et première auteure de l’article.
À l’aide du ligand de surface approprié, les scientifiques sont en mesure d’appliquer leur catalyseur sur une surface porteuse avec la distribution la plus large possible – et de telle manière qu’il soit disponible pour la réaction souhaitée sans s’agglutiner ni s’oxyder au préalable.
Les ligands sont capables de protéger le catalyseur contre une oxydation indésirable, mais ne l’empêchent pas de favoriser la réaction souhaitée. Cette distribution fine garantit que le catalyseur peut être utilisé en quantités aussi faibles que les alternatives classiques contenant du palladium.
« Nous sommes ravis que notre catalyseur puisse rivaliser avec les catalyseurs au palladium commerciaux », déclare Neumann. Cela pourrait être intéressant pour les entreprises chimiques, où les catalyseurs hétérogènes au palladium sont largement utilisés pour l’hydrogénation sélective, notamment dans la synthèse de produits pharmaceutiques.
Et il y a une autre particularité : « Nous avons pu démontrer que notre catalyseur fonctionne toujours bien même s’il est stocké à l’air libre pendant plus d’un an. Le matériau n’est pas rendu inutilisable par l’oxydation », explique Neumann.
Cela facilite grandement le stockage et la manipulation du catalyseur : alors que d’autres phosphures doivent souvent être manipulés dans la boîte à gants, le catalyseur de Mülheim peut être manipulé dans une hotte aspirante normale.
Les chercheurs sont satisfaits de leurs résultats, mais ne veulent pas s’arrêter là. « Nous souhaitons améliorer la réutilisation de notre catalyseur », déclare Neumann. Les chercheurs souhaitent également se débarrasser des solvants nécessaires à la production de leur catalyseur. « Nous souhaitons que la production soit aussi écologique que possible. »
Plus d’information:
Leila Karam et al, La synthèse accélérée de phosphures métalliques maximise la dispersion, la stabilité de l’air et les performances catalytiques dans l’hydrogénation sélective, Édition internationale de la chimie appliquée (2024). DOI: 10.1002/anie.202404292