Développer de nouveaux moyens catalytiques plus efficaces pour contrôler la réactivité et la sélectivité chimiques a été une quête constante pour les chimistes dans les domaines de la fabrication chimique et de la recherche fondamentale. De plus en plus de preuves indiquent l’utilisation de champs électriques externes orientés comme « effecteur intelligent » pour manipuler une gamme de changements chimiques, tels que la liaison chimique, la sélectivité, le croisement mécaniste et la catalyse/inhibition.
Contrairement à l’approche traditionnelle d’accélération des taux en ajoutant des entités chimiques spécifiques – catalyseurs moléculaires – la catalyse électrostatique présente les principaux avantages de (1) supprimer le travail d’essais et d’erreurs de sélection d’un catalyseur approprié, (2) soulager le besoin de séparer les précieux catalyseurs des produits, (3) en évitant les risques éventuels non seulement pour la santé des expérimentateurs mais aussi pour l’environnement, (4) en ajoutant la possibilité de pouvoir ajuster de manière prévisible la réactivité et la sélectivité de la réaction à volonté, simplement en modifiant l’orientation et l’amplitude de la OEEF.
Cependant, à ce jour, la preuve de concept de la catalyse électrostatique en est encore au stade embryonnaire de son examen expérimental et la plupart des recherches ont été théoriques.
Un article publié dans la revue Science Chine Chimie et dirigé par le professeur Weidong Shi et le professeur Long Zhang, explore la catalyse électrostatique et le potentiel d’avancées dans ce domaine.
« Le concept de catalyse électrostatique est limité à certaines réactions à l’échelle nanométrique incapables de traiter les réactions chimiques à l’échelle préparative, et coûteuses et sophistiquées pour la synthèse en masse », a déclaré Zhang.
« Il faut développer des plates-formes polyvalentes pour étendre la branche de la catalyse à la technologie évolutive, les stratégies possibles incluent : 1) les matériaux polaires, prenons le nanomatériau piézoélectrique comme exemple, qui générera le champ électrique polarisé à l’intérieur des piézoélectriques lors de stimuli mécaniques, suivi en induisant des charges libres à la surface des nanomatériaux ; 2) charges statiques induites par le frottement, le frottement entre les diélectriques entraîne le transfert soit d’électrons, soit de fragments moléculaires chargés dans les solvants, ce qui générera immédiatement un champ proche de la surface autour des microbilles de plastique dans le absence de potentiel appliqué, de fils de connexion ou d’électrodes conductrices. »
« Ces méthodes permettent à certaines molécules réactives de s’orienter toujours au hasard avec les champs électriques, en particulier, il a été constaté que les molécules ont tendance à s’aligner avec les champs induits par la charge lorsqu’elles s’approchent d’une surface chargée. »
De plus, les environnements de microgouttelettes, les électrodes polarisées et les cadres métallo-organiques seraient des plates-formes alternatives pour réaliser une catalyse électrostatique de manière plus efficace.
Selon Shi, « l’utilisation des champs électriques comme catalyseurs verts a le potentiel de révolutionner la technologie de traitement en permettant des transformations chimiques plus efficaces, durables et sélectives. À mesure que la recherche dans ce domaine continue de progresser, il est probable que nous verrons une adoption plus généralisée. des technologies basées sur le champ électrique dans diverses industries, menant à un avenir plus durable et plus vert. »
Plus d’information:
Xiaoxue Song et al, Électrostatique faisant progresser les événements de catalyse verte, Science Chine Chimie (2023). DOI : 10.1007/s11426-023-1604-6