Une équipe de recherche dirigée par Wang Guozhong de l'Institut Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences a encapsulé du nickel métallique dans un composite carbone-silice dopé à l'azote (SiO2 @Ni@NC) comme catalyseur, qui a montré de bonnes performances dans l'hydrogénation de la vanilline en milieu aqueux.
Ils ont découvert qu’il pouvait atteindre une conversion de vanilline de 99,8 % et une sélectivité de 100 % du 4-hydroxyméthyl-2-méthoxyphénol (HMP) à température ambiante. Les résultats ont été publiés dans Advanced Science. .
L'eau est un solvant facilement accessible et respectueux de l'environnement. Cependant, les réactions catalytiques impliquant l’eau sont sévèrement limitées par les difficultés de stabilisation des espèces métalliques actives. Des études ont montré que les stratégies d'encapsulation peuvent réduire efficacement la perte d'espèces actives.
La couche de carbone dopé à l'azote (NC) dérivée de la résine résorcinol-formaldéhyde peut améliorer l'affinité entre le catalyseur et les molécules de gaz ou les réactifs organiques grâce à ses propriétés hydrophobes inhérentes, améliorant ainsi efficacement l'activité catalytique et la stabilité.
Dans cette étude, les chercheurs ont préparé un catalyseur au nickel enveloppé dans un mélange de carbone dopé à l'azote et de silice appelé SiO2. @Ni@NC. Ils l'ont utilisé pour convertir la vanilline en un autre produit chimique appelé 4-hydroxyméthyl-2-méthoxyphénol (HMP) en utilisant de l'eau comme solvant. Ce catalyseur conditionné a très bien fonctionné. Il convertissait presque toute la vanilline en HMP à température ambiante et pouvait être réutilisé cinq fois.
La performance catalytique efficace provenait de l’effet synergique des métaux actifs, de la couche de carbone dopée à l’azote et de la silice. La silice permettait de répartir le catalyseur uniformément dans l'eau, tandis que la couche de carbone protégeait les métaux et favorisait la réaction. Les tests ont montré que la couche de carbone aidait également à rassembler les produits chimiques nécessaires à la réaction.
Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité ont confirmé le rôle de la couche de carbone dopée à l'azote dans la dissociation spontanée de H2 et élucidé le mécanisme catalytique de l'hydrogénation de la vanilline en phase aqueuse.
Les stratégies d'encapsulation de la couche de carbone utilisées dans ce travail fournissent une référence pour la construction de catalyseurs d'hydrogénation aqueux efficaces et stables à température ambiante, selon l'équipe.
Plus d'informations : Zidan Zou et al, Vers une hydrogénation haute performance à température ambiante grâce à l'adaptation de catalyseurs au nickel stables en solution aqueuse, Science avancée (2024). DOI : 10.1002/advs.202309303
Informations sur le journal : Science avancée
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
