Metal nanoparticles as catalysts for alkene hydrosilylation

Nanoparticules de métaux comme catalyseurs pour l'hydrosilylation des alcènes

• Auteur / Autrice : Thomas Galeandro-Diamant
• Direction : Valérie Meille, Chloé Thieuleux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques (CPE)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Daniele
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Marion
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Darcel, Nicolas Mézailles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alcènes

Hydrosilylation

Métaux

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Métaux

Hydrosilylation

Alcènes

Silicones

Nanoparticles

Metals

Hydrosilylation

Alkenes

Silicones

Résumé

L'hydrosilylation des alcènes est une méthode cruciale de formation de liaisons carbone-silicium. Elle est utilisée industriellement pour la production de fluides silicones fonctionnels et d'élastomères silicones. Les procédés actuels d'hydrosilylation des alcènes utilisent des complexes de platine comme catalyseurs. Bien que ces complexes soient extrêmement efficients, ils ne sont d'habitude pas récupérés en fin de réaction, ce qui rend leur utilisation coûteuse et peu durable, étant donnée la rareté du platine. Dans ce projet, nous avons synthétisé et testé plusieurs types de nanoparticules métalliques comme catalyseurs pour l'hydrosilylation des alcènes, dans un effort vers des catalyseurs durables. D'abord, nous avons synthétisé des nanoparticules de platine de 2 nm de diamètre et les avons comparées avec le complexe de Karstedt, le catalyseur de référence en hydrosilylation des alcènes. Nous avons montré que les nanoparticules de platine étaient aussi efficientes que le complexe de Karstedt dans des conditions proches des conditions industrielles, malgré leur dispersion métallique plus faible. Ces observations ont réactivé le débat sur la nature réellement homogène ou colloïdale du complexe de Karstedt pendant la catalyse. Ensuite, un catalyseur hétérogène à base de platine, résistant à la lixiviation, a été développé, basé sur l'encapsulation de nanoparticules de platine dans la matrice d'une silice mésostructurée, la SBA-15. Enfin, d'autres catalyseurs alternatifs ont été développés, basés sur d'autres métaux

Alkene hydrosilylation is a crucial method of forming carbon-silicon bonds. It is used industrially for the production of functional silicone fluids and silicone elastomers. The current industrial alkene hydrosilylation processes use platinum complexes as catalysts. Although these complexes are extremely efficient, they are usually not recovered at the end of the synthesis, making their use expensive and unsustainable, given the scarcity of platinum. In this work, we have synthesized and evaluated several kinds of metal nanoparticles as catalysts for alkene hydrosilylation, in a quest towards sustainable catalyts. First, we have synthesized platinum nanoparticles of 2 nm diameter and compared them with Karstedt's complex, the benchmark catatalyst in alkene hydrosilylation. It was shown that platinum nanoparticles were as efficient as Karstedt's complex in industrially relevant hydrosilylation conditions, despite their lower metal dispersion. These findings reactivated the debate on whether's Karstedt's complex was truly homogeneous or colloidal during catalysis. Then, a leaching-resistant heterogeneous platinum catalyst was developed, based on the embedding of platinum nanoparticles in the matrix of a mesostructured silica, SBA-15. Finally, other alternative catalytic systems were developed, based on other metals