2 , peut améliorer l'efficacité des réactions de couplage croisé carbone-carbone. Leurs découvertes ouvrent la voie à un monde plus durable grâce à la catalyse.
Des chercheurs du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ont mis au point un matériau électride composé d'yttrium et de palladium (Y 3 PD 2 ) comme catalyseur pour les réactions de couplage croisé de Suzuki. Ces réactions sont parmi les plus utilisées pour la formation de liaisons carbone-carbone en chimie organique et médicinale.
Oui 3 PD 2 a été prédit comme un électride efficace basé sur des calculs théoriques, explique Tian-Nan Ye, professeur adjoint au Materials Research Center for Element Strategy de Tokyo Tech et premier auteur de l'étude publiée dans Communication Nature . "Dans une électride, les électrons anioniques sont piégés dans des sites interstitiels et hébergent généralement un fort effet de don d'électrons, " dit-il. " Cette fonctionnalité nous a motivés à appliquer Y 3 PD 2 en tant que catalyseur de réaction de couplage de Suzuki en tant que barrière de réaction de l'étape de détermination de la vitesse peut être supprimée par le transfert d'électrons de l'électride aux substrats.
Dans les tests en laboratoire, l'activité catalytique de Y 3 PD 2 s'est avéré être dix fois plus élevé que celui obtenu par un catalyseur au Pd pur, et l'énergie d'activation a été réduite de 35 %.
Qu'est-ce qui fait Y 3 PD 2 si efficace et stable est l'incorporation réussie d'atomes de Pd actifs dans un réseau d'électrides intermétalliques. "Les sites actifs Pd stabilisés dans notre réseau cristallin résolvent les problèmes d'agrégation et de lixiviation qui se sont couramment produits dans d'autres systèmes signalés jusqu'à présent, " dit Ye. " Cela rend notre catalyseur extrêmement robuste et stable pour une utilisation à long terme, sans désactivation."
La réutilisation du catalyseur (jusqu'à 20 cycles) et la relative facilité avec laquelle les atomes de Pd peuvent être récupérés représentent une étape importante vers une plus grande durabilité dans l'industrie chimique.
L'idée de combiner l'yttrium et le palladium est née des travaux de Jens Kehlet Nørskov, maintenant à l'Université de Stanford, dit Ye. En 2009, Nørskov et ses collaborateurs ont publié des découvertes révolutionnaires sur des catalyseurs en platine allié à des métaux de transition précoces, y compris l'yttrium. Depuis, de nombreux groupes ont étudié de nouvelles combinaisons de composés intermétalliques (constitués d'une terre rare et d'un métal de transition actif), dans le but de développer des catalyseurs beaucoup plus efficaces pour l'industrie chimique.
Grâce à une série de calculs et d'études expérimentales, Ye et son équipe ont montré que Y 3 PD 2 a un fort effet donneur d'électrons associé à un faible travail de sortie et à une densité de porteurs élevée, caractéristiques qui permettent au catalyseur de fonctionner à une énergie d'activation beaucoup plus faible que celle d'un catalyseur au Pd pur.
Un défi restant est la surface relativement faible de Y 3 PD 2 . Pour s'attaquer à ce problème, l'équipe a utilisé une technique de pulvérisation appelée broyage à billes et comparé l'activité catalytique à l'aide de différents solvants tels que l'heptane et l'éthanol. Dans tous les échantillons étudiés jusqu'à présent, l'équipe a constaté que le taux de réaction de couplage de Suzuki augmentait proportionnellement à l'augmentation de la surface. Ces premiers résultats sont « très prometteurs, " dit Ye, suggérant que « les performances catalytiques pourraient être améliorées grâce à une nouvelle nanocristallisation ».
