Une équipe de chercheurs de l'Université Bohai en Chine a conçu et synthétisé un catalyseur bifonctionnel capable de résoudre la pollution environnementale causée par le gaz moutarde et les composés phénoliques. Ils ont synthétisé ce catalyseur bifonctionnel, une nouvelle structure organométallique tridimensionnelle à base de polyoxovanadate, dans des conditions hydrothermales.

Leurs travaux sont publiés dans la revue Polyoxometalates .

Le catalyseur bifonctionnel de l'équipe présente des performances catalytiques satisfaisantes pour l'oxydation sélective du sulfure de 2-chloroéthyléthyle (CEES) en sulfoxyde correspondant (CEESO) et la photodégradation en phénol, CEES et m-crésol sous la lumière visible. Un catalyseur bifonctionnel est un catalyseur qui fournit à la fois des fonctions catalytiques acides et basiques.

Ces dernières années, le problème des substances organiques dangereuses qui sont à l’origine de la pollution a suscité de vives inquiétudes. Les scientifiques ont concentré leurs travaux sur le développement de méthodes raisonnables pour dégrader ces substances organiques dangereuses. Le CEES, ou gaz moutarde, est un agent de guerre chimique qui provoque de graves maladies de la peau, une forte irritation des voies respiratoires et même la mort.

Depuis que le gaz moutarde a été utilisé pour la première fois pendant la Première Guerre mondiale, les chercheurs ont cherché des moyens de détoxifier cet agent de guerre chimique. Le M-crésol est un composé organique extrait du goudron de houille et utilisé dans la production d'autres produits chimiques, notamment des pesticides. Il est corrosif pour les yeux, la peau et les voies respiratoires.

Les polluants phénoliques persistent souvent dans les eaux usées polluées provenant des travaux industriels, agricoles et domestiques. Une fois qu’ils pénètrent dans les systèmes d’eau, les polluants phénoliques peuvent être très nocifs pour les humains et l’environnement. Ces polluants peuvent être extrêmement toxiques au point de provoquer la mort d'animaux, d'oiseaux ou de poissons.

Ils peuvent également retarder la croissance ou tuer les plantes. Les scientifiques ont travaillé à la conception par synthèse de nouveaux catalyseurs bifonctionnels capables de convertir ces types de polluants dangereux en dégradants à faible toxicité. Cependant, jusqu'à présent, les scientifiques n'avaient pas réussi à préparer des structures métallo-organiques interpénétrées de haute dimension pouvant agir comme des catalyseurs bifonctionnels capables d'oxyder le CEES en CEESO et de dégrader les composés phénoliques sous la lumière visible.

Les polyoxométalates (POM) sont une sorte d’amas d’oxydes métalliques inorganiques dotés de structures architecturales diverses et de propriétés attrayantes. En raison de leur large éventail de structures et de fonctionnalités, ils constituent l’une des classes de matériaux moléculaires inorganiques les plus utiles. Au sein de la famille des POM, les polyoxovanadates (POV) attirent de plus en plus l'attention des scientifiques en raison de leurs structures diverses et de leurs propriétés remarquables.

Les chercheurs ont utilisé un ligand bis-pyridyl-bis-amide pour construire la nouvelle structure métallo-organique basée sur le POV. Ils ont ensuite étudié le cadre organométallique basé sur le POV 3D en utilisant l’analyse par diffraction des rayons X sur monocristal, la spectroscopie IR et la diffraction des rayons X sur poudre. "La longue caractéristique du ligand à base d'amide induit la formation d'une structure inhabituelle à double interpénétration", a déclaré Guo-Cheng Liu, professeur agrégé à l'Université de Bohai.

Le catalyseur bifonctionnel de l'équipe a catalysé avec succès l'oxydation sélective des CEES toxiques en sulfoxyde correspondant plus sûr en présence de H₂ O₂ , ou peroxyde d’hydrogène, comme oxydant écologique. Il a fonctionné sous la lumière visible avec une recyclabilité et une stabilité efficaces. Le taux de conversion réussi était supérieur à 99 % et la sélectivité était de 97 %.

De plus, le catalyseur bifonctionnel a montré une excellente activité de dégradation photocatalytique du phénol, du CEES et du m-crésol sous la lumière visible. L'équipe a réussi à atteindre des efficacités de dégradation supérieures à 92,6 % pendant 140 minutes.

Ils ont également étudié en détail la cinétique de la réaction photocatalytique, les mécanismes de photodégradation et la capacité de recyclage du phénol. "Ce travail fournit des orientations importantes pour le développement de nouveaux catalyseurs bifonctionnels à base de POV pour la décontamination de l'eau", a déclaré Liu.