Objectifs

Dans le projet NobleFreeCat, trois systèmes dont l'activité en hydrogénation sélective a été récemment décrite dans la littérature seront explorés: Fe-Ni, Fe-Cu et les composés intermétalliques Fe-Al.

Le projet NobleFreeCat vise à surmonter trois obstacles qui entravent actuellement le développement rationnel de catalyseurs supportés Fe-Ni and Fe-Cu :

• un faible contrôle de la taille et de la structure des nanoparticules métalliques, en raison de la méthode de préparation employée (le plus souvent une co-imprégnation du support par les deux nitrates métalliques, qui conduit à des tailles de particules dans la gamme 3-35 nm, avec moins de 5% des métaux accessibles aux réactifs, et à des mélanges de particules de composition et de structure différentes).
• un faible contrôle de l’association entre les deux métaux, dû à la démixtion des métaux pendant l’une des étapes de préparation du catalyseur. En raison de sa toxicité et de son coût plus faibles, Cu devrait être favorisé par rapport à Ni. Cependant, la possibilité de former des nanoparticules Fe-Cu réellement bimétalliques est débattue, à cause de l’immiscibilité des deux métaux que prévoit le diagramme de phase. La question de l’ordre chimique au sein des nanoparticules, avec l’un des deux métaux préférentiellement exposé à leur surface, est encore une question ouverte.
• l’absence d’information sur l’évolution de la structure et de la surface des nanoparticules durant le cycle d’utilisation du catalyseur, qui est une question particulièrement sensible puisque le degré d’oxydation du Fe semble influencer notablement les performances du catalyseur.

En parallèle, il a été montré que les composés intermétalliques Fe-Al sont des catalyseurs d’hydrogénation sélective efficaces. Ce sont des systèmes particulièrement intéressants en raison de l’abondance des deux éléments. Cependant, deux aspects doivent être considérés pour ces systèmes :

• la diminution de la taille des particules, puisque jusqu’à présent, ces systèmes n’ont été préparés que sous forme de cristaux présentant une très faible surface métallique.
• l’étendue et la réversibilité de leur oxydation lorsqu’ils sont exposés à l’oxygène de l’air, à des supports oxyde et à des molécules contenant de l’oxygène.

Enfin en termes de milieu réactionnel, un autre verrou est le développement de milieux réactionnels alternatifs dépourvus d’eau qui puissent être utilisés pour l’hydrogénation des sucres si les catalyseurs ne résistent pas à des conditions hydrothermales sévères.

L’objectif final du projet NobleFreeCat est d’atteindre une activité catalytique optimale dans l’hydrogénation de mono- et de di-saccharides au moyen de catalyseurs bimétalliques à base de Fe, idéalement préparés sans nickel. Cette activité sera corrélée à des compositions et à un ordre chimique donnés au sein des nanoparticules, sur des catalyseurs dont la stabilité aura été démontrée dans le milieu réactionnel et tout au long de leur cycle d’utilisation.