Une nouvelle voie vers une chimie de synthèse sûre et durable

Les processus d'oxydation ne se manifestent pas seulement dans la vie quotidienne – par exemple lorsque le fer rouille ou que des combustibles brûlent – mais sont également indispensables dans l'industrie : la transformation de molécules par oxydation permet de produire des principes actifs pharmaceutiques et des précurseurs pour les plastiques. Certains matériaux courants, tels que les peintures et les revêtements, ne durcissent que par oxydation. À l'échelle industrielle, cependant, où la sécurité et la contrôlabilité sont d'une importance capitale, les réactions d'oxydation sont évitées autant que possible car elles présentent des risques pour la sécurité. De nombreuses oxydations génèrent de la chaleur, ce qui peut entraîner ce qu’on appelle un emballement thermique, dans lequel la réaction s’accélère de manière incontrôlable et peut provoquer des incendies ou des explosions. L’utilisation de l’oxygène comme agent oxydant présente notamment un risque d’explosion. D’autres agents oxydants sont également difficiles à contrôler en raison de leurs propriétés chimiquement agressives.

« Dans ce contexte, nous avons développé une nouvelle approche dans laquelle le dioxyde de carbone sert de source d’oxygène pour les réactions d’oxydation. Cette avancée transforme le CO₂ d’un gaz à effet de serre purement inerte en un réactif de synthèse précieux », explique le professeur Shoubhik Das, titulaire de la chaire de chimie organique I à l’université de Bayreuth et auteur principal de l’étude. Dans leurs travaux, les chercheurs démontrent pour la première fois l’existence d’un système de transfert d’oxygène photo-activé qui utilise directement le CO₂ pour le clivage oxydatif des alcènes dans des conditions ambiantes. De nombreux plastiques sont dérivés d’alcènes, ce qui confère à ces substances une importance capitale pour l’industrie. « Grâce à un photocatalyseur hétérogène robuste à base de fer, la réaction se déroule à température ambiante et à pression normale, sans recours à des agents oxydants dangereux ni à de l’oxygène sous pression. Cela rend la réaction plus sûre que les oxydations conventionnelles », explique M. Das. La nature photocatalytique de la réaction rend également cette approche économe en énergie.

« Au-delà de la mise au point d’une nouvelle réaction, notre approche ouvre la voie à des procédés d’oxydation qui répondent aux exigences croissantes en matière de sécurité industrielle, de durabilité et de production verte. En fin de compte, nos recherches contribuent à un avenir dans lequel les transformations chimiques fondamentales sont développées en tenant compte de la sécurité, de la durabilité et de la responsabilité environnementale », déclare Das.

Cette étude est le fruit d’une collaboration internationale entre l’université de Bayreuth, l’Institut Leibniz de catalyse, l’Institut CNR de chimie des composés organométalliques, l’Institut CNR des procédés chimiques et physiques, l’université de Stockholm, l’université Jagellonne, le Laboratoire national de catalyse à faible émission de carbone et d’utilisation du dioxyde de carbone, et le Politecnico di Milano. Ces travaux ont été financés par une subvention du DTU (2035-00147B) et un financement de démarrage de l’université de Bayreuth.