LCC
Les projets de ce thème sont basés sur des systèmes catalytiques dits single site (catalyseurs moléculaires supportés et atomes isolés) immobilisés sur des supports, visant au développement de processus à faible impact environnemental (économie d’atome, recyclage des catalyseurs, mise en œuvre dans des procédés en continu et/ou sans solvant).
Référence :
Stabilization of metal single atoms on carbon and TiO2 supports for CO2 hydrogenation: The importance of regulating charge transfer
Rivera-Cárcamo C., Scarfiello C., García A. B., Tison Y., Martinez H., Baaziz W., Ersen O., Le Berre C., Serp P.
Advanced Materials Interfaces 2021, 8(8), 2001777/1-17.
https://doi.org/10.1002/admi.202001777, https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03043523
Fig. Image TEM haute résolution d’un catalyseur à atome unique de Pt sur support MgO. Les points lumineux indiqués par les flèches sont les atomes isolés. (Crédit : Bidyut B. Sarma)
Catalyseurs moléculaires supportés
- L’immobilisation sur supports de catalyseurs métalliques moléculaires présente l’avantage de conduire au développement de phases catalytiques qui peuvent être plus facilement séparées du milieu réactionnel, voire réutilisées, ainsi que la possibilité d’une utilisation en continu.
- Dans le cas de supports carbonés, il a été démontré que ces derniers pouvaient avoir un rôle non innocent dans la réaction catalytique. Nous étudions l’influence de différents facteurs (comme par exemple la nature de l’interaction et la distance entre le centre catalytiquement actif et le support, la nature et la morphologie de ce dernier, …) sur les performances catalytiques (activité, sélectivité, stabilité). Dans ce cadre, nous développons des ligands spécifiques pour permettre l’immobilisation de différents complexes de métaux de transition de la droite du tableau périodique correspondants.
- Les systèmes développés sont notamment mis en œuvre dans la réaction d’hydrogénation asymétrique de différents substrats par des catalyseurs à base d’or et de rhodium en batch et en flux.
- Nous nous intéressons également au développement de catalyseurs pour différentes réactions de (co)polymérisation : catalyseurs de fer et de nickel pour la polymérisation de l’éthylène, de palladium pour la copolymérisation CO/oléfines, ou encore plus récemment de différents systèmes pour la synthèse de polycarbonates par copolymérisation d’époxydes biosourcés, obtenus à partir de terpènes, et le CO2; ce dernier jouant également le rôle de solvant dans un procédé opérant en milieu supercritique.
- Nous nous intéressons également au développement de catalyseurs supportés pour les systèmes MOST de conversion d’énergie solaire en énergie thermique. Des complexes de cobalt ont été adsorbés sur différents supports carbonés pour accéder à des systèmes catalytiques recyclables et pouvant être mis en œuvre en lit fixe pour un fonctionnement en flux continu.
Référence :
High pressure equilibrium data of CO2/cyclohexene oxide and CO2/limonene oxide systems in the context of polycarbonate synthesis using CO2 as a co-monomer, Pasini E. V., Durand J., Camy S., Fluid Phase Equilib. 2025, 595, 114406/1-11., https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378381225000767
Supported Co-based catalytic systems for the epoxidation of terpenes using O2 as oxidant, Rais M., Soulié J., Tendero C., Durand J., Eur. J. Inorg. Chem. 2025, 28(5), e202400293/1-14., 10.1002/ejic.202400293 – hal-04836205 https://doi.org/10.1002/ejic.202400293
Catalyseur à atome unique.
La catalyse à atome unique est devenue depuis quelques années un axe de recherche majeur en catalyse hétérogène. Dans ces systèmes, l’absence d’effet d’ensemble et l’existence d’effets électroniques forts du support induisent une réactivité très différente de celle des particules métalliques. Nous développons des stratégies de synthèse visant à stabiliser des atomes métalliques isolés sur des supports de type oxydes ou carbonés et étudions la réactivité de ces espèces dans des réactions d’hydrogénation.
Références
Acetophenone hydrogenation and consecutive hydrogenolysis with Pd/CNT catalysts: Highlighting the synergy between single atoms and nanoparticles by kinetic modeling, Bernardin V., Vanoye L., Rivera-Cárcamo C., Serp P., Favre-Réguillon A., Philippe R., Catalysis Today 2023, 422, 114196/1-9., https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.114196, https://hal.science/hal-04107663
Adjustment of the single atom/nanoparticle ratio in Pd/CNT catalysts for phenylacetylene selective hydrogenation, Audevard J., Navarro-Ruiz J., Bernardin V., Tison Y., Corrias A., Del Rosal I., Favre-Réguillon A., Philippe R., Gerber I. C., Serp P., ChemCatChem 2023, 15(11), e202300036/1-18., https://doi.org/10.1002/cctc.202300036, https://hal.science/hal-04102599
Fig. Modèle d’un atome unique de palladium (PdSA) stabilisé sur un feuillet de graphène oxydé (crédits J. Navarro Ruiz, LPCNO, Toulouse, France).
Catalyseurs à atome unique (SAC) pour application photocatalytique/électrocatalytique.
Ce travail est mené en collaboration avec l’université Friedrich-Alexander (FAU) d’Erlangen-Nuremberg, en Allemagne, et l’Institut indien de technologie chimique (IICT), en Inde. Dans le cadre de ce travail, nous étudions la structure globale et locale des SAC à l’aide de la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS), de la spectroscopie infrarouge à réflexion diffuse (DRIFTS) et de la microscopie électronique à transmission haute résolution (HR-TEM). Les SAC sont finalement utilisés pour la réaction d’évolution de l’hydrogène sous l’effet de la lumière ou de l’électricité.
Références
- Single-atom catalysts on C3N4: Minimizing single atom Pt loading for maximized photocatalytic hydrogen production efficiency, Lazaar N., Wu S., Qin S., Hamrouni A., Sarma B. B., Doronkin D. E., Denisov N., Lachheb H., Schmuki P., Angew. Chem., Int. Ed. 2025, 64(6), e202416453/1-8., 10.1002/anie.202416453 – hal-04927966
- Pd single atoms on g-C3N4photocatalysts: minimum loading for maximum activity, Jeyalakshmi V., Wu S., Qin S., Zhou X., Sarma B. B., Doronkin D. E., Kolařík J., Šoóš M., Schmuki P., Chem. Sci. 2025, 16(11), 4788-4795., 10.1039/D4SC08589B – hal-05064320, https://doi.org/10.1039/D4SC08589B
- Atomically dispersed Cu–Ni dual-metal sites on g-C3N4 for synergistic enhancement of photocatalytic hydrogen evolution, Islam H., Jaksani B., Iqbal A., Varangane S., Annadata H. V., Ghosh B., Sarma B. B., Thapa R., Pal U., ACS Appl. Energy Mater. 2025, 8(13), 9770-9780., 10.1021/acsaem.5c01346 – hal-05183801, https://doi.org/10.1021/acsaem.5c01346
Fig. Atome métallique unique incorporé dans C3N4, TiO2 pour la réaction d’évolution d’hydrogène (crédit : Bidyut B. Sarma)
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