03.06.2022 - Tsinghua University

Améliorer les réactions chimiques industrielles avec de meilleurs produits et moins de sous-produits

La photocatalyse hétérogène peut aider les scientifiques à contrôler durablement les produits et sous-produits des réactions chimiques, notamment en réduisant le CO₂.

Le contrôle des produits et sous-produits d'une réaction chimique est appelé sélectivité. Les scientifiques tentent de trouver de meilleurs moyens de contrôler la sélectivité dans les réactions chimiques industrielles afin d'améliorer la qualité des produits chimiques, de réduire les sous-produits inutiles et de réduire les sous-produits nocifs, comme l'émission deCO2 inutile. Il existe différents modes catalytiques que les scientifiques peuvent utiliser dans les réactions chimiques. Les modes catalytiques comprennent la catalyse hétérogène, la catalyse homogène et la catalyse biologique, mais la catalyse hétérogène présente de nombreux avantages par rapport aux autres, car elle peut fonctionner en continu et est plus facilement modulable. Les chercheurs ont cherché à savoir si elle pouvait également contribuer à améliorer la sélectivité des réactions chimiques industrielles.

En appliquant la photocatalyse hétérogène, les chercheurs ont démontré comment les produits et sous-produits des réactions chimiques pouvaient être contrôlés de manière durable et facile. La photocatalyse hétérogène consiste à utiliser la lumière dans les réactions chimiques, où le catalyseur et le réacteur sont dans des phases différentes. Cette technique est particulièrement intéressante pour les chercheurs car les conditions requises sont douces.

La technique et ses implications pour la sélectivité dans la synthèse organique ont été décrites dans un article publié le 12 mai dans la revue Nano Recherche Energie.

"Quels que soient les types de systèmes catalytiques utilisés, un indicateur d'évaluation clé domine toujours, en particulier dans le domaine de la synthèse organique : la sélectivité des produits souhaités. Une sélectivité élevée permet non seulement d'obtenir une grande pureté des produits finaux, mais aussi de réduire le coût de l'élimination des sous-produits", a déclaré l'auteur de l'article, Yitao Dai, professeur au Suzhou Institute for Advanced Research de l'Université des sciences et technologies de Chine à Suzhou, en Chine. "En revanche, une suroxydation ou une surréduction non souhaitée entraîne des produits de faible valeur, un dépôt de coke, voire une minéralisation avec émission deCO2 inutile. Par conséquent, la manière de contrôler précisément la sélectivité est un sujet scientifique majeur et important en chimie organique."

Les chercheurs ont démontré comment la photocatalyse hétérogène peut améliorer diverses transformations organiques dans différentes industries. Par exemple, l'industrie de la pâte et du papier est un pollueur bien connu et l'une des causes de cette pollution est un sous-produit appelé lignine. L'industrie de la pâte et du papier produit environ 50 millions de tonnes de sous-produits contenant de la lignine par an, dont seulement 2 % peuvent être récupérés et réutilisés. Les chercheurs ont démontré comment la photocatalyse hétérogène peut décomposer la lignine dans des conditions douces.

La réduction du coût environnemental des réactions chimiques industrielles est une motivation importante pour ce type de recherche. "Compte tenu du thème mondial actuel de développement de la réduction duCO2 et de l'utilisation durable de l'énergie, la photocatalyse hétérogène peut agir comme un protocole prometteur pour contrôler la sélectivité dans les transformations organiques avec une consommation d'énergie réduite", a déclaré Dai. "Elle permet une conversion durable de l'énergie solaire en énergie chimique dans des conditions douces et offre des voies de réaction uniques pour un meilleur contrôle de la sélectivité." L'un des avantages de la photocatalyse hétérogène réside dans les conditions douces qui peuvent être utilisées pour mener à bien les réactions chimiques. Ces conditions comprennent l'utilisation de l'air comme oxydant, une température ambiante douce et l'utilisation de la pression ambiante. Cela en fait une technique plus simple à utiliser que les autres.

Pour l'avenir, les chercheurs réfléchissent aux implications de l'application de cette technique à grande échelle. L'objectif ultime des chercheurs est de créer une plante photosynthétique artificielle. Cela permettrait la production durable et continue de composés organiques à l'aide de systèmes photocatalytiques hétérogènes. Cette méthode serait bon marché, efficace et utiliserait la lumière du soleil. Mais en attendant, il faut poursuivre les recherches. "Pour le domaine de la synthèse organique par photocatalyse hétérogène, la recherche doit de plus en plus se concentrer sur deux aspects. Premièrement, les réactions difficiles existantes. Deuxièmement, les nouvelles réactions organiques", a déclaré M. Dai. "Nous pensons que la conception de nouvelles voies de réaction basées sur les propriétés catalytiques des photocatalyseurs pourrait fournir une solution pour certaines synthèses organiques assez difficiles, générant des produits avec une haute régiosélectivité ou asymétrie."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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