Une équipe de recherche a synthétisé un nouveau complexe métallo-organique à base de polyoxométalate qu’elle a ensuite testé comme catalyseur pour les réactions d’oxydation de divers sulfures. Ils ont constaté que le complexe possède d’excellentes performances catalytiques, une bonne réutilisabilité et une bonne stabilité structurelle.
Les travaux de l’équipe sont publiés dans la revue Polyoxométalates.
Les scientifiques de nombreux domaines ont exploré l’oxydation sélective des sulfures en sulfoxydes. Les sulfoxydes sont des composés organiques contenant du soufre et de l’oxygène. Ces sulfoxydes sont des produits chimiques à haute valeur ajoutée dans les domaines pharmaceutique, agrochimique, colorant et comme auxiliaires chiraux qui sont des outils essentiels pour construire des molécules très complexes.
La principale méthode utilisée par les scientifiques pour produire des sulfoxydes est la réaction d’oxydation catalytique des sulfures à l’aide de catalyseurs homogènes ou hétérogènes et d’oxydants respectueux de l’environnement dans des conditions douces. Les scientifiques s’intéressent donc à la possibilité de développer un catalyseur hétérogène efficace doté d’une excellente activité catalytique et d’une séparation facile dans la réaction d’oxydation catalytique.
Les polyoxométalates (POM) sont une classe de nanomatériaux possédant des caractéristiques particulières. Ces caractéristiques incluent des charges négatives élevées, des capacités redox notables et un greffage organique disponible. En raison de ces caractéristiques, les POM ont suscité beaucoup d’intérêt dans les applications liées à l’énergie. Leurs applications potentielles vont de la science des matériaux à la catalyse, en passant par la médecine, la protection de l’environnement et la production d’hydrogène.
Les complexes métallo-organiques à base de POM (POMOC) constituent une branche croissante des POM. Les POMOC combinent non seulement les propriétés exceptionnelles des POM et des complexes métallo-organiques, mais améliorent également la lixiviation, la dissolution et l’agrégation des POM. Ils ont été utilisés dans de nombreux domaines, notamment en catalyse.
« À notre connaissance, il n’existe que quelques complexes métallo-organiques signalés à base de POM avec un cadre 3D basé sur des unités POM et des ponts de complexes métallo-organiques, ce qui nous incite à étudier ce domaine de recherche rarement exploré. Parce que les complexes cuivre-organiques possèdent des propriétés intrigantes. « En ce qui concerne les architectures, les topologies et les applications, la conception et la synthèse de nouveaux POMOC avec un cadre 3D basé sur des POM et des complexes organiques de Cu restent un défi », a déclaré Zhong Zhang, du Collège de chimie et d’ingénierie des matériaux de l’Université de Bohai.
Dans cette recherche, l’équipe a obtenu et caractérisé un nouveau POMOC incorporé au cuivre appelé CuW-EDDP. Il s’agit d’un POMOC de type Keggin. Le type Keggin décrit la forme structurelle des POM. Le type Keggin et le type Dawson sont deux types fondamentaux de structures POM.
L’équipe a synthétisé le CuW-EDDP dans des conditions hydrothermales qui impliquaient trois jours de chauffage dans un réacteur en acier inoxydable, suivis d’un refroidissement et d’un séchage. L’équipe a analysé le CuW-EDDP synthétisé à l’aide de spectres de rayonnement infrarouge, d’analyse élémentaire et de thermogravimétrie. Ils ont découvert que le CuW-EDDP présente une structure tridimensionnelle unique. En outre, ils ont découvert que le CuW-EDDP pouvait être utilisé comme catalyseur hétérogène pour l’oxydation sélective de divers sulfures.
Grâce à des études antérieures, l’équipe savait que les POMOC contenant du cuivre présentaient une excellente capacité catalytique pour de nombreuses réactions d’oxydation, en particulier l’oxydation sélective des sulfures. En effet, les POM et les centres de cuivre pourraient agir comme sites catalytiques actifs pour favoriser le processus d’oxydation catalytique. Les sites abondants de cuivre actifs dans CuW-EDDP favorisent son efficacité en tant que catalyseur.
L’équipe a exploré les conditions de réaction optimales pour l’oxydation sélective du sulfure de méthylphényle en méthylphénylsulfoxyde. Ils ont étudié les impacts de la température de réaction, des dosages de CuW-EDDP, des quantités d’hydroperoxyde de tert-butyle et des types de solvants. Ils ont réalisé plusieurs expériences de contrôle différentes sur l’oxydation sélective du sulfure de méthylphényle en méthylphénylsulfoxyde.
« En tant que catalyseur hétérogène efficace, le CuW-EDDP a présenté d’excellentes performances, une bonne réutilisabilité et une stabilité structurelle dans l’oxydation sélective du sulfure de méthylphényle. Il a affiché une conversion élevée (100 %) et une sélectivité (98 %) en 30 minutes », a déclaré Zhang. L’équipe a également étudié l’activité catalytique du CuW-EDDP envers l’oxydation d’autres dérivés sulfurés.
Pour l’avenir, l’équipe espère que la synthèse réussie de CuW-EDDP pourra fournir des conseils pour développer de nouveaux POMOC basés sur des POM de type Keggin ou Dawson et des complexes métallo-organiques dotés d’une nouvelle topologie et de propriétés uniques.
Plus d’information:
Jia-Yu Sun et al, Synthèse hydrothermale, structure et propriétés catalytiques d’un cadre connecté (4,6) construit à partir d’unités polyoxométalates de type Keggin et de complexes de cuivre tétranucléaires, Polyoxométalates (2023). DOI : 10.26599/POM.2023.9140039
Fourni par Tsinghua University Press