La production de 1-butène par dimérisation d'éthylène est l'un des rares procédés industriels qui utilise une catalyse homogène en raison de sa haute sélectivité, malgré les quantités massives d'activateurs et de solvants nécessaires. Maintenant, un nouvel article de l'Université du Pays Basque (UPV/EHU), en collaboration avec le groupe López de l'Institut de Recherche Chimique de Catalogne (ICIQ) et RTI International, montre une alternative plus durable via les charpentes métallo-organiques (MOF), une famille de matériaux poreux formés de nœuds métalliques reliés par des ligands organiques.

Les scientifiques démontrent que les MOF adaptés sous des régimes de condensation catalysent la dimérisation de l'éthylène en 1-butène avec une sélectivité et une stabilité élevées en l'absence d'activateurs et de solvant. La recherche, Publié dans Communication Nature , ouvre de nouvelles voies pour développer des catalyseurs hétérogènes robustes pour une grande variété de réactions en phase gazeuse.

Les chercheurs ont conçu des défauts dans le MOF (Ru) HKUST-1 sans compromettre la structure du cadre via deux stratégies :une approche conventionnelle d'échange de ligand pendant la synthèse du MOF, et une approche thermique post-synthétique pionnière. Les chercheurs ont ensuite caractérisé les défauts, qui se sont avérés être catalytiquement actifs pour la dimérisation de l'éthylène.

Grâce aux ressources de calcul du Barcelona Supercomputing Center (BSC), les chercheurs ont pu simuler des systèmes MOF réalistes pour caractériser les défauts et calculer le mécanisme de réaction. Ils ont découvert que les centres métalliques insaturés induits par des défauts stimulent l'activité, tandis que la nature bimétallique du nœud contrôle la sélectivité. Après avoir testé les performances catalytiques du système, ils ont ensuite amélioré la recyclabilité et la robustesse du catalyseur grâce à une condition cruciale :la condensation intrapore.

La production de 1-butène par dimérisation d'éthylène se produit en phase gazeuse. Lorsque la réaction se produit à basse pression de réactif, certains sites catalytiques sont désactivés en raison de la coordination des oligomères. Mais à mesure que la pression augmente, les molécules de réactif peuvent se condenser à l'intérieur des pores du matériau. Un tel effet de concentration évite la désactivation améliorant ainsi la stabilité du catalyseur.

Les prochaines étapes du projet impliqueraient l'utilisation de catalyseurs MOF basés sur des métaux de transition de première rangée ainsi que l'application de la nouvelle stratégie de condensation intrapore à d'autres réactions en phase gazeuse.