La fonctionnalisation d’hydroxydes simples lamellaires par des complexes de métaux de transition permet de leur conférer des propriétés intéressantes pour d’éventuelles applications environnementales, les réductions électrocatalytiques de O2 et de CO2.
Hydroxydes simples lamellaires pour la réduction électrocatalytique de O2
Nous avons pu fonctionnaliser les hydroxydes lamellaires de Co, Cu et Zn par des phthalocyanines tetrasulfonates (Co, Ni, Cu, Zn).[1] Des mesures électrochimiques (collaboration Christine Mousty, Laboratoire des Matériaux Inorganiques, Clermont-Ferrand) ont alors permis de mieux caractériser les matériaux hybrides synthétisés.[2] Elles ont notamment montré que l’activité catalytique des phthalocyanines de cuivre et de cobalt vis-à-vis de la réduction du dioxygène était conservée une fois ces phthalocyanines insérées dans l’espace interlamellaire des hydroxydes simples de cuivre et de cobalt. L’un des points particulièrement intéressants de cette étude est que cette activité catalytique est sensible dès pH 7, alors que l’activité catalytique des phthalocyanines de cobalt vis-à-vis de la réduction de O2 est en général observée à pH plus élevé (8,5 à 9). Par ailleurs, des mesures de RPE sur les composés fonctionnalisés par les phthalocyanines de cobalt montrent la formation d’un adduit CoIII(Pc)-O2.[2]
Hydroxydes simples lamellaires pour la réduction électrocatalytique du CO2
La nécessité de réduire les émissions de CO2 et les défis posés par la production d’énergie renouvelable intermittente pourraient être judicieusement abordés en utilisant le CO2 comme vecteur d’énergie mais aussi comme matière première de carbone renouvelable pour la production de produits chimiques précieux à base de carbone réduit. Par conséquent, la transformation du CO2 est un défi urgent en chimie. L’objectif du projet de recherche fondamentale CALHYCO2 (« Structured CAtalyst in Layered HYdroxide materials for selective CO2 electroreduction reaction » dans lequel nous sommes partenaires (responsable : Sylvie Chardon (DCM, Grenoble), partenaire : Christine Mousty (ICCF, Clermont-Ferrand)) est de créer et de développer des composés innovants d’hydroxydes simples ou doubles lamellaires (HSL ou HDL) nanostructurés contenant des complexes de coordination moléculaires ou des catalyseurs d’oxydes métalliques pour l’électroréduction sélective du CO2.
Schéma de l’utilisation d’hydroxydes simples ou doubles lamellaires fonctionnalisés pour la réduction électrocatalytique du CO2.
Dans notre équipe, les hydroxydes simples lamellaires ont été sélectionnés comme matrices hôtes pour réaliser l’hétérogénéisation de catalyseurs moléculaires ([M]MolCat@LSH). Leurs fonctionnalités propres pour l’adsorption/activation du CO2 et pour la conversion électrochimique catalytique sélective du CO2 devraient permettre une amélioration significative des performances de la catalyse CO2ERR.
[1] R. Bourzami, S. Eyele-Mezui, E. Delahaye, M. Drillon, P. Rabu, N. Parizel, S. Choua, P. Turek, G. Rogez, Inorg. Chem. 2014, 53, 1184–1194.
[2] S. Eyele-Mezui, P. Vialat, C. Higy, R. Bourzami, C. Leuvrey, N. Parizel, P. Turek, P. Rabu, G. Rogez, C. Mousty, Journal of Physical Chemistry C 2015, 119, 13335–13342.