Conception de nanocatalyseurs de carbure avancés pour la substitution des métaux nobles dans la catalyse hétérogène

Design of advanced carbide nanocatalysts for substitution of noblemetals in heterogeneous catalysis

• Auteur / Autrice : Parviz Azimov
• Direction : Xavier Carrier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité de surface (Paris ; 1985-....)

Mots clés

Mots clés libres

Catalyse hétérogène

Nanocatalyseurs

Catalyse

Heterogeneous catalysis

Nanocatalysts

Catalysis

Résumé

Les matériaux catalytiques hautement sélectifs sont essentiels pour augmenter l'économie d'atomes et réduire l'empreinte carbone des processus industriels pour une chimie plus verte. En outre, la substitution des métaux critiques (à savoir les métaux nobles) est une question scientifique, environnementale et géopolitique essentielle pour la mise en œuvre de ces processus plus écologiques. Les catalyseurs à base de Pd, par exemple, sont les systèmes les plus efficaces pour les réactions industrielles de semi-hydrogénation. Cependant, le Pd est un métal noble dont les ressources sont limitées (0,015 ppm dans la croûte terrestre) et sa production est concentrée dans un petit nombre de pays (Russie et Afrique du Sud), ce qui entraîne une fluctuation des prix et des préoccupations géopolitiques (le Pd figure sur la liste des matières premières critiques de l'UE). Les catalyseurs à base de carbure ou de nitrure de métaux de transition (TMC ou TMN) (c'est-à-dire MoC, WC, MoN...) sont des alternatives attrayantes en raison de leur fonctionnalité métallique à partir de métaux (de base) facilement disponibles. L'objectif principal du projet est de concevoir des nanocatalyseurs innovants à base de carbure et de nitrure avec des propriétés optimisées pour la catalyse hétérogène. La voie de synthèse impliquera des procédures simples et non toxiques afin de développer des alternatives aux métaux critiques qui soient respectueuses de l'environnement, rentables et abondantes sur terre. Des caractérisations approfondies ainsi que des tests de réactivité seront effectués afin de dériver des relations structure/activité.

Highly selective catalytic materials are essential in order to increase the atom economy and toreduce the carbon footprint of industrial processes for a greener chemistry. In addition, the substitution of critical metals (namely noble metals) is a key scientific, environmental andgeopolitical issue for the implementation of such greener processes. Pd-based catalysts, for example, are the most efficient systems for industrial semi-hydrogenation reactions. However, Pd is a noble metal with limited resources (0.015 ppm in the earth crust) and its production is concentrated in a small number of countries (Russia and South Africa), giving rise to fluctuating prices and geopolitical concerns (Pd is on the list of the critical raw material of the EU). Transition metal carbide or nitride (TMC or TMN) catalysts (i.e. MoC, WC, MoN ) are attractive alternatives due to their metallic functionality from readily available (base) metals. The main objective of the project is to design innovative carbide and nitride nanocatalysts withoptimized properties for heterogenous catalysis. The synthesis route will involve simple, nontoxic, procedures in order to develop environmentally-friendly, cost-effective and earth abundant alternatives to critical metals. Extensive characterizations as well as reactivity tests will be carried out in order to derive structure/activity relationships.