ED Sciences Chimiques
Réactions de carboxylation du dioxyde de carbone avec les alcynes et leurs dérivés catalysées par le cuivre et le fer
par Huili WANG (Institut des Sciences Moléculaires)
Cette soutenance a lieu à 15h00 - Salle de conférence ISM , 3ème étage Est ISM, Université de Bordeaux, Bâtiment A12, 3ème étage Est, 351 Cr de la Libération, 33405 Talence
devant le jury composé de
- Jean-Luc POZZO - Professeur - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Stéphane GRELIER - Professeur des universités - Université de Bordeaux - Examinateur
- Jean-François HALET - Directeur de recherche - Université de Rennes - Rapporteur
- Renata LOPES MOREIRA - Professeure - Federal University of Viçosa - Rapporteur
Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat proposent des solutions innovantes, performantes et durables pour relever le défi majeur de l'activation catalytique du dioxyde de carbone (CO2) dans des conditions opératoires douces, conformes aux principes de la chimie verte. En explorant trois approches complémentaires, nous avons démontré qu'il est possible de s'affranchir des métaux nobles coûteux en exploitant judicieusement les propriétés uniques du cuivre et du fer. Dans un premier temps, l'utilisation du sulfure de cuivre (Cu2S) a mis en évidence le potentiel inattendu de catalyseurs hétérogènes binaires simples, auto-supportés et d'origine minérale, capables de fonctionner à température et pression ambiantes avec une excellente robustesse. Ensuite, l'étude du système homogène Fe(0)-phénanthroline a repoussé les limites de la catalyse par les métaux de transition de la première ligne du tableau périodique, en établissant une corrélation directe entre la modulation stérique des ligands, les phénomènes électroniques de croisement de spin et l'efficacité de la fixation du CO2, ouvrant ainsi un vaste champ d'investigation théorique et expérimental. Enfin, le développement du composite hétérogène CuNP@ZIF-8 a validé les concepts de catalyse coopérative et de confinement à l'échelle nanométrique : la porosité et la fonctionnalité chimique d'un réseau métallo-organique (MOF) y agissent de concert avec des sites actifs métalliques nanométriques pour maximiser les rendements tout en garantissant une recyclabilité à long terme. Les perspectives découlant de ces travaux sont nombreuses. Sur le plan fondamental, la compréhension approfondie des mécanismes impliquant plusieurs états de spin observés pour le fer ouvre la voie à la conception de nouveaux ligands permettant un contrôle encore plus fin de ces barrières électroniques. D'un point de vue appliqué, l'adaptation de ces systèmes catalytiques à d'autres réactions de couplage impliquant le CO2 — ou leur intégration dans des procédés à flux continu — permettrait d'envisager une industrialisation viable et à grande échelle de ces technologies de rupture, au service d'une économie circulaire du carbone.