Nanoparticules (photo)catalytiques pour la synthèse de carburants aériens durables

À l'heure actuelle, la production de carburants aériens durables (SAF) est insuffisante pour répondre aux besoins croissants du secteur aérien. La Commission européenne s'est fixé pour objectif que les carburants fournis aux aéroports de l'UE contiennent 70 % de SAF d'ici 2050, ce qui représente un volume de 40 millions de tonnes de SAF. Atteindre cet objectif nécessite des approches catalytiques qui soient à la fois peu coûteuses, intéressantes sur le plan énergétique et sélectives vis-à-vis de la distribution des hydrocarbures utilisés dans les kérosènes (C8-C16, incluant environ 30 % de fraction cyclique/aromatique nécessaire pour la densité, le contenu énergétique et la compatibilité avec les élastomères). Dans cette optique, le projet de thèse vise à développer de nouveaux catalyseurs efficaces et durables pour la production de SAF. Différents exemples de procédés de synthèse décrivent la formation d'intermédiaires de SAF, obtenus à partir de ressources durables. Par exemple, il a été démontré que les catalyseurs à base de Pd facilitent l'alkylation de diverses cétones et alcools issus de sources renouvelables en hydrocarbures de la gamme des SAF, lorsqu'on utilise des alcools primaires à des températures élevées. Le projet combinera le savoir-faire des deux équipes d'accueil pour atteindre trois objectifs : (i) diluer les métaux nobles (Pd, Pt) avec des métaux 3d abondants dans la croûte terrestre (Fe, Ni, Co, Cu) au sein de nanoparticules bimétalliques bien définies afin de réduire les coûts et d'ajuster la sélectivité des nanocatalyseurs (couplage C-C vs activation C-O/C=O), (ii) ajouter une antenne moléculaire, afin de capter la lumière et d'apporter de l'énergie au système par transfert d'excitons, dans le but de maintenir l'activité des catalyseurs bimétalliques et d'abaisser la température de réaction, et (iii) poursuivre la réaction et, idéalement, intégrer l'alkylation (allongement de chaîne) et l'hydrodésoxygénation au sein d'un seul catalyseur multifonctionnel, afin d'obtenir directement du SAF plutôt que de s'arrêter à des intermédiaires oxygénés. La méthodologie sera consacrée à la synthèse de systèmes hybrides aussi bien en solution que supportés. Le contrôle de la densité électronique à la surface des nanoparticules métalliques (via la composition bimétallique et des ligands de surface de type carbène N-hétérocyclique) sera importante pour ajuster leur activité catalytique et leur sélectivité. Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons démontrer un nouveau concept de photoactivation consistant à transférer un exciton généré dans une entité moléculaire vers une nanoparticule métallique située à proximité. Les travaux consisteront à acquérir une compréhension fondamentale de cette activation, ainsi qu'à la valoriser pour ajuster les réactions catalytiques à l'aide d'un rayonnement lumineux, dans le contexte appliqué de la production de SAF. Le projet associera la nanochimie (rampe sous vide, boîte à gants), la microscopie (MET, AFM), la spectroscopie (IR, UV-Vis, XPS, RMN), les études structurales (DRX, SAXS) et les études catalytiques (photoirradiation, GC-MS). École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Direction : Simon TRICARD Financement : MSCA COFUND BEST