Projet
L'un des paradigmes les plus importants de la catalyse hétérogène est le concept de "catalyseur supporté", constitué d'une phase active (généralement de petites particules métalliques) dispersée sur un support (généralement un oxyde inorganique). Dans certains cas, comme celui de Au/TiO2, les sites interfaciaux entre le métal et le support sont considérés comme essentiels à l'activité catalytique.
Bien que le principe de fonctionnement soit très différent, la photocatalyse partage la même hypothèse selon laquelle au moins certains sites actifs sont situés sur des nanoparticules métalliques (NPs) supportées par un semi-conducteur.
En utilisant une architecture cœur-coquille, les NPs d'Au ont été prises en « sandwich » entre un cœur de SiO2 et une coquille de TiO2 de quelques nanomètres, dénommée ici "SiO2@Au@TiO2" (Figure 1A). Un tel concept d'enrobage de nanoparticules (mais avec une épaisseur de revêtement plus importante de quelques dizaines de nanomètres) a été proposé précédemment pour améliorer les performances photocatalytiques en augmentant la surface de contact entre le cocatalyseur et le semi-conducteur. Elle a également été appliquée pour prévenir le lessivage en catalyse hétérogène, mais au détriment de l'activité puisque les sites métalliques sont à peine exposés à la surface.
En utilisant le système SiO2@Au@TiO2 mentionné avec une surcouche de TiO2 particulièrement fine grâce à une méthodologie spécifique développée au ICP, nous avons observé une amélioration considérable et surprenante des performances photocatalytiques et catalytiques par rapport à celles d'un catalyseur Au/TiO2 homologue conventionnel : En effet, tant (i) la production photocatalytique d’H2 en présence d'une solution contenant du méthanol (réalisée au ICP ; Figure 1B) que l'oxydation en phase liquide du furfural en acide furoïque avec une sélectivité impressionnante (FA) en utilisant O2 comme oxydant (réalisée à l'UCCS ; Figure 1C) étaient significativement plus élevées que celles des systèmes catalytiques conventionnels.
L'objectif principal d'INGENCat est donc de fournir une compréhension fondamentale de ces nouveaux catalyseurs cœur-coquille hautement actifs pour la valorisation du furfural. Nous avons l'intention d'identifier les sites actifs et d'élucider les mécanismes réactionnels associés à l'oxydation du furfural au moyen d'une oxydation catalytique et photocatalytique, ce qui permettra finalement une rétro-optimisation du système pour proposer des catalyseurs ultra-efficaces.
