Électrification des réactions de carbonylation

L'hydroformylation est l'un des procédés catalytiques les plus importants de l'industrie chimique. Chaque année, près de 14 millions de tonnes d'aldéhydes sont produites par hydroformylation homogène à partir d'alcènes, de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H₂). Ces aldéhydes constituent des intermédiaires essentiels pour la synthèse d'alcools, d'amines, d'esters, de tensioactifs, de molécules odorantes et de nombreux composés utilisés dans les secteurs de la chimie fine, des polymères et de la pharmacie. Malgré son succès industriel, ce procédé repose sur l'utilisation de gaz de synthèse d'origine fossile et nécessite des températures et pressions élevées, ce qui engendre une consommation énergétique importante et limite son intégration dans une chimie décarbonée. L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle génération de réactions de carbonylation électrifiées en établissant les bases de l'hydroformylation électrochimique (e-HF). Cette approche ambitieuse consiste à remplacer le dihydrogène par des électrons fournis par une source d'électricité renouvelable et par l'eau comme source de protons, tout en ouvrant la voie à l'utilisation du CO₂ comme précurseur renouvelable du monoxyde de carbone. À terme, cette stratégie permettra de réduire l'empreinte énergétique et carbone de l'hydroformylation tout en offrant de nouvelles possibilités de contrôle de la réactivité. Des résultats préliminaires obtenus au Laboratoire de Chimie de Coordination (CNRS, Toulouse), en collaboration avec l'Université d'Amsterdam, ont démontré que des catalyseurs à atomes isolés de rhodium sont capables de catalyser efficacement cette transformation électrochimique avec une sélectivité différente de celle observée en hydroformylation thermique. Ces observations suggèrent l'existence d'un mécanisme réactionnel inédit, encore largement inexploré, offrant une opportunité unique de développer de nouveaux concepts en catalyse. Le projet combinera des approches expérimentales et théoriques afin de comprendre les mécanismes réactionnels et d'optimiser les performances catalytiques. Le doctorant développera des catalyseurs moléculaires et hétérogènes, concevra des dispositifs électrochimiques adaptés à l'hydroformylation, étudiera les intermédiaires réactionnels par des techniques de caractérisation in situ et operando (spectroscopies, électrochimie, microscopie), et exploitera des calculs de chimie théorique réalisés en collaboration avec des spécialistes. Les connaissances acquises permettront d'étendre cette approche à de nouvelles réactions de carbonylation et à des substrats difficiles ou inaccessibles par les procédés conventionnels. La thèse sera menée conjointement entre le Laboratoire de Chimie de Coordination (CNRS, Toulouse) et l'Université d'Amsterdam, offrant au doctorant un environnement de recherche international et interdisciplinaire. Un séjour de mobilité de 6 à 12 mois à Amsterdam favorisera l'acquisition de compétences complémentaires et le développement d'un réseau scientifique international. À travers ce projet, le doctorant contribuera au développement de procédés catalytiques innovants, sobres en énergie et compatibles avec les objectifs de neutralité carbone, tout en acquérant une expertise reconnue en électrocatalyse, catalyse homogène et science des matériaux. École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Direction : Maria Rosa AXET MARTI Financement : MSCA COFUND BEST