Fig. 1. Amination réductrice de composés carbonylés. Crédit :Université d'Osaka
Les catalyseurs sont essentiels à la viabilité des processus industriels. Cependant, de nombreux catalyseurs de métaux non précieux utilisés pour la synthèse ont une faible activité, sont difficiles à manipuler, et/ou nécessitent des conditions de réaction sévères. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont mis au point un catalyseur à nanotige de phosphure de cobalt monocristallin qui surmonte plusieurs des limitations des catalyseurs au cobalt conventionnels. Leurs conclusions ont été publiées dans JACS Au .
L'amination réductrice est une réaction chimique importante qui est utilisée pour convertir les composés carbonylés en amines. C'est une étape clé dans la production de nombreux matériaux tels que les polymères, colorants, et pharmaceutiques, et est attrayant parce que les réactifs sont rentables et largement disponibles, et le principal sous-produit est l'eau.
Les catalyseurs actuellement utilisés pour l'amination réductrice sont généralement des catalyseurs de métaux non précieux tels que des éponges de cobalt et de nickel. Cependant, ils sont très sensibles à l'air, et cela les rend difficiles à manipuler sans désactivation. Ils nécessitent également des conditions de réactions sévères, telles que les hautes pressions de H2, ce qui augmente les coûts d'énergie et d'infrastructure. Par conséquent, le développement d'un nouveau catalyseur stable à l'air et hautement actif est fortement souhaité.
Les chercheurs ont préparé un catalyseur de nanotige de phosphure de cobalt monocristallin pour l'amination réductrice de composés carbonylés. L'introduction de phosphore dans le cobalt - une méthode appelée « alliage de phosphore » - rend le cobalt actif et stable dans l'air. Il crée également des sites actifs bien définis dans la structure cristalline, qui conduisent à des réactions plus sélectives par rapport à celles des catalyseurs classiques.
Fig. 2. Nanotiges de phosphate de cobalt :(a) image au microscope et (b-e) image cartographique des éléments. Crédit :Université d'Osaka
"Notre nanotige est le premier catalyseur métal-phosphure qui a été utilisé pour l'amination réductrice, en plus d'être le premier catalyseur au cobalt efficace à pression atmosphérique, ", explique le premier auteur de l'étude, Min Sheng. "En outre, notre catalyseur a montré le nombre de renouvellement le plus élevé de tous les catalyseurs de métaux non précieux homogènes et hétérogènes testés pour la même réaction."
Le catalyseur nanotige conserve la haute activité après quatre utilisations, ce qui démontre qu'il s'agit d'une alternative viable pour une utilisation dans des processus nécessitant un débit élevé.
« Nous nous attendons à ce que notre catalyseur nanotige contribue de manière significative à la production d'amines à faible coût et à faible consommation d'énergie, " explique l'auteur correspondant de l'étude Takato Mitsudome. " Mais au-delà de cela, nous pensons que l'alliage de phosphore a le potentiel d'améliorer la catalyse de nombreuses autres réactions organiques, conduisant à des processus plus verts et plus durables qui améliorent la productivité, économiser les ressources énergétiques, et éviter de dépendre de composés dangereux tout en protégeant notre environnement. »
