| Titre : |
Conception rationnelle de catalyseurs à base de nanoparticules bimétalliques : application à la valorisation de la biomasse |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Miquel Cardona Farreny ; Maria Rosa Axet Marti, Directeur de thèse ; Karine Philippot, Directeur de thèse |
| Année de publication : |
2023 |
| Langues : |
Anglais (eng) |
| Tags : |
5-HYDROXYMETHYLFURFURAL NANOCHIMIE CATALYSE NANOPARTICULES BIMETALLIQUES BIOMASSE FURFURAL |
| Résumé : |
"L'accumulation de crises sociales, économiques et énergétiques depuis des décennies conduit la société à une situation critique. La dépendance aux combustibles fossiles pour la production d'énergie et de produits chimiques doit être rapidement réduite en remplaçant les sources fossiles par des sources renouvelables. La biomasse lignocellulosique apparaît comme une bonne alternative pour la production de produits chimiques et de carburants durables. Cette matière première renouvelable, composée de cellulose, d'hémicelluloses et de lignine, se trouve en grande partie dans les déchets, le bois, les cultures énergétiques et les résidus agricoles. Les matières premières de deuxième génération issues de la biomasse-permettent la production de carburants liquides chimiquement identiques à ceux issus du pétrole et utilisables dans les moteurs à combustion d'aujourd'hui. Utiliser la biomasse pour la production de produits chimiques est donc une voie prometteuse et d'un grand intérêt pour l'environnement. Plusieurs molécules plateformes, telles que le furfural et le 5-hydroxyméthylfurfural, sont accessibles à partir de la biomasse, pouvant conduire à une vaste gamme de composés à valeur ajoutée. Pour réaliser ces transformations de façon performante, des nanocatalyseurs bimétalliques à base de métaux abondants ont été développés, en pensant à leur incorporation potentielle dans des processus industriels pour la transition énergétique. Une série de matériaux bimétalliques associant le Ru au Ni ou au Cu comme second métal a été synthétisée avec succès et entièrement caractérisée. Différents stabilisants ont été utilisés, tels que la polyvinylpyrrolidone, la diphényl-2-pyridylphosphine et l'hexadécylamine, conduisant à des nanomatériaux bimétalliques RuNi et RuCu bien contrôlés et de très petite taille (<2nm), avec différents ratios en métaux. Des homologues monométalliques ont aussi été préparés à des fins de comparaison. Les nanoparticules RuNi/PVP ont montré des effets synergiques entre les métaux dans l'hydrogénation catalytique efficace et sélective du furfural et du 5-hydroxyméthylfurfural. Des calculs DFT par modélisation des nanoparticules de Ru, Ni et RuNiavec adsorption de diverses espèces à leur surface ont permis de mieux comprendre les résultats expérimentaux. Les résultats obtenus confirment l'activité et la sélectivité observées en catalyse. Lorsqu'utilisées comme catalyseurs dans la même réaction d'hydrogénation, les nanoparticules de RuCu/PVP sont moins performantes que les homologues monométalliques correspondants et que les nanoparticules RuNi/PVP. Les nanoparticules RuNi/PVP et RuNi/PPh2Py ont également catalysé l'hydrogénation sélective de la quinoléine, en observant une dépendance de l'activité par rapport à la température et la teneur en Ru. En utilisant le 1-propanol comme solvant, la N-alkylation du substrat s'est produite de façon notable à partir de 125ºC. Le deutérium étant un isotope stable et sûr de l'hydrogène, les molécules marquées au deutérium suscitent un grand intérêt, notamment dans l'industrie médicinale et pharmaceutique pour la conception de nouveaux médicaments. Les nanoparticules Ru/PVP ont été testées pour la deutération d'une série de substrats modèles (4-méthoxyaniline, 4-trifluorométhylbenzaldéhyde, méthyl-2,3-O-Isopropylidène-β-D-ribofuranoside et adénosine). Malgré l'absence dedeutération, des réactions intéressantes de déprotection et d'épimérisation ont été observées pour les trois premiers substrats. Avec l'adénosine, la deutération a eu lieu de manière sélective. Ce travail décrit la synthèse de nouveaux nanomatériaux bimétalliques présentant des propriétés modulables et prometteuses pour la catalyse. L'hydrogénation de molécules dérivées de la biomasse, telles que le furfural et le 5-hydroxyméthylfurfural, a été menée avec succès. Des nanoparticules monométalliques de Ru/PVP ont également permis de catalyser des réactions de deutération." |
| Document : |
Thèse de doctorat |
| Date_soutenance : |
25/01/2023 |
| Ecole_doctorale : |
Science de la matière (université Toulouse III P. Sabatier) |
| Domaine : |
Chimie organométallique de coordination |
| Localisation : |
LCC |
| En ligne : |
http://thesesups.ups-tlse.fr/5654/ |
Conception rationnelle de catalyseurs à base de nanoparticules bimétalliques : application à la valorisation de la biomasse [texte imprimé] / Miquel Cardona Farreny ; Maria Rosa Axet Marti, Directeur de thèse ; Karine Philippot, Directeur de thèse . - 2023. Langues : Anglais ( eng)
| Tags : |
5-HYDROXYMETHYLFURFURAL NANOCHIMIE CATALYSE NANOPARTICULES BIMETALLIQUES BIOMASSE FURFURAL |
| Résumé : |
"L'accumulation de crises sociales, économiques et énergétiques depuis des décennies conduit la société à une situation critique. La dépendance aux combustibles fossiles pour la production d'énergie et de produits chimiques doit être rapidement réduite en remplaçant les sources fossiles par des sources renouvelables. La biomasse lignocellulosique apparaît comme une bonne alternative pour la production de produits chimiques et de carburants durables. Cette matière première renouvelable, composée de cellulose, d'hémicelluloses et de lignine, se trouve en grande partie dans les déchets, le bois, les cultures énergétiques et les résidus agricoles. Les matières premières de deuxième génération issues de la biomasse-permettent la production de carburants liquides chimiquement identiques à ceux issus du pétrole et utilisables dans les moteurs à combustion d'aujourd'hui. Utiliser la biomasse pour la production de produits chimiques est donc une voie prometteuse et d'un grand intérêt pour l'environnement. Plusieurs molécules plateformes, telles que le furfural et le 5-hydroxyméthylfurfural, sont accessibles à partir de la biomasse, pouvant conduire à une vaste gamme de composés à valeur ajoutée. Pour réaliser ces transformations de façon performante, des nanocatalyseurs bimétalliques à base de métaux abondants ont été développés, en pensant à leur incorporation potentielle dans des processus industriels pour la transition énergétique. Une série de matériaux bimétalliques associant le Ru au Ni ou au Cu comme second métal a été synthétisée avec succès et entièrement caractérisée. Différents stabilisants ont été utilisés, tels que la polyvinylpyrrolidone, la diphényl-2-pyridylphosphine et l'hexadécylamine, conduisant à des nanomatériaux bimétalliques RuNi et RuCu bien contrôlés et de très petite taille (<2nm), avec différents ratios en métaux. Des homologues monométalliques ont aussi été préparés à des fins de comparaison. Les nanoparticules RuNi/PVP ont montré des effets synergiques entre les métaux dans l'hydrogénation catalytique efficace et sélective du furfural et du 5-hydroxyméthylfurfural. Des calculs DFT par modélisation des nanoparticules de Ru, Ni et RuNiavec adsorption de diverses espèces à leur surface ont permis de mieux comprendre les résultats expérimentaux. Les résultats obtenus confirment l'activité et la sélectivité observées en catalyse. Lorsqu'utilisées comme catalyseurs dans la même réaction d'hydrogénation, les nanoparticules de RuCu/PVP sont moins performantes que les homologues monométalliques correspondants et que les nanoparticules RuNi/PVP. Les nanoparticules RuNi/PVP et RuNi/PPh2Py ont également catalysé l'hydrogénation sélective de la quinoléine, en observant une dépendance de l'activité par rapport à la température et la teneur en Ru. En utilisant le 1-propanol comme solvant, la N-alkylation du substrat s'est produite de façon notable à partir de 125ºC. Le deutérium étant un isotope stable et sûr de l'hydrogène, les molécules marquées au deutérium suscitent un grand intérêt, notamment dans l'industrie médicinale et pharmaceutique pour la conception de nouveaux médicaments. Les nanoparticules Ru/PVP ont été testées pour la deutération d'une série de substrats modèles (4-méthoxyaniline, 4-trifluorométhylbenzaldéhyde, méthyl-2,3-O-Isopropylidène-β-D-ribofuranoside et adénosine). Malgré l'absence dedeutération, des réactions intéressantes de déprotection et d'épimérisation ont été observées pour les trois premiers substrats. Avec l'adénosine, la deutération a eu lieu de manière sélective. Ce travail décrit la synthèse de nouveaux nanomatériaux bimétalliques présentant des propriétés modulables et prometteuses pour la catalyse. L'hydrogénation de molécules dérivées de la biomasse, telles que le furfural et le 5-hydroxyméthylfurfural, a été menée avec succès. Des nanoparticules monométalliques de Ru/PVP ont également permis de catalyser des réactions de deutération." |
| Document : |
Thèse de doctorat |
| Date_soutenance : |
25/01/2023 |
| Ecole_doctorale : |
Science de la matière (université Toulouse III P. Sabatier) |
| Domaine : |
Chimie organométallique de coordination |
| Localisation : |
LCC |
| En ligne : |
http://thesesups.ups-tlse.fr/5654/ |
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