L'industrie chimique ne produit pas seulement des vitamines précieuses, médicaments, arômes et pesticides, mais souvent une grande quantité de déchets, trop. C'est notamment le cas de la production pharmaceutique et de la chimie fine, où le volume de produit souhaité peut n'être qu'une fraction du volume de déchets et de sous-produits de synthèse invendables.

L'une des raisons en est que de nombreuses réactions chimiques utilisent des catalyseurs sous forme dissoute, comme Javier Pérez-Ramírez, Professeur d'ingénierie de la catalyse, dit. Les catalyseurs sont des substances qui accélèrent une réaction chimique. Dans le cas des catalyseurs dissous, il faut souvent beaucoup d'efforts pour les séparer du solvant et des produits de réaction en vue de leur réutilisation. Les catalyseurs sous forme solide évitent complètement ce problème.

Pérez-Ramírez et son groupe ont maintenant collaboré avec d'autres scientifiques européens et un partenaire industriel pour développer un catalyseur aussi solide pour une réaction chimique majeure, comme le rapportent les chercheurs dans le magazine Nature Nanotechnologie . Leur catalyseur est un réseau moléculaire composé d'atomes de carbone et d'azote (nitrure de carbone graphitique) qui présente des cavités de dimensions atomiques dans lesquelles les chercheurs ont placé des atomes de palladium.

Catalyseur efficace pour une réaction lauréate du prix Nobel

En fabriquant de minuscules particules de ce matériau palladium-carbone-azote, les scientifiques ont pu montrer qu'il catalyse très efficacement ce qu'on appelle la réaction de Suzuki. « En chimie, former une liaison entre deux atomes de carbone se fait souvent à l'aide de la réaction de Suzuki, " dit Sharon Mitchell, un scientifique du laboratoire de Pérez-Ramírez. C'est cette réaction qui a valu au scientifique japonais Akira Suzuki et à deux de ses collègues le prix Nobel de chimie 2010.

Jusqu'ici, le procédé à l'échelle commerciale a largement utilisé des catalyseurs au palladium soluble. Des tentatives antérieures pour attacher le catalyseur soluble à un corps solide ont toujours abouti à des catalyseurs relativement instables et inefficaces.

Nettement moins de déchets

Le nouveau catalyseur au palladium des chercheurs de l'ETH est beaucoup plus stable. Pour cette raison, et parce qu'il ne se dissout pas dans le liquide de réaction, il peut être utilisé sur une période de temps beaucoup plus longue. Quoi de plus, le catalyseur est beaucoup plus rentable et environ vingt fois plus efficace que les catalyseurs utilisés aujourd'hui.

« Cela signifie que le nouveau catalyseur ne réduit pas seulement les coûts de synthèse de produits chimiques fins, il réduit également la consommation de palladium et diminue la quantité de déchets, ", déclare Pérez-Ramírez. Le catalyseur pourrait bientôt être prêt à être utilisé dans l'industrie :les scientifiques affirment qu'il devrait être facile d'augmenter la production et l'utilisation de catalyseur à partir du laboratoire.

Comme le soulignent les chercheurs, l'utilisation de nitrure de carbone graphitique comme catalyseur solide n'est pas limitée à la réaction de Suzuki. Il devrait également être possible de peupler le réseau avec des atomes de métaux autres que le palladium afin de catalyser d'autres synthèses. Les scientifiques de l'ETH exploreront ces possibilités dans de futures recherches. Ils prévoient également de fonder une entreprise dérivée pour commercialiser cette nouvelle famille de catalyseurs.