Le catalyseur de nanoparticules d'or aide à transformer les déchets plastiques en composés utiles

Par Université métropolitaine de Tokyo20 mars 2023

Les scientifiques ont découvert que les nanoparticules d'or supportées sur une surface d'oxyde de zirconium peuvent transformer des déchets comme la biomasse et le polyester en composés organosilanes, qui sont des produits chimiques précieux utilisés dans diverses applications. Le protocole est une méthode plus verte et moins exigeante pour recycler les déchets, tirant parti de la coopération entre les nanoparticules d'or et la nature amphotère du support d'oxyde de zirconium.

Le catalyseur de nanoparticules d'or supporté peut recycler le polyester et la biomasse.

Researchers from Tokyo Metropolitan University have found that gold nanoparticles supported on a zirconium oxide surface help turn waste materials like biomass and polyester into organosilane compounds, valuable chemicals used in a wide range of applications. The new protocol leverages the cooperation between gold nanoparticles and the amphoteric (both acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> nature acide et basique) du support d'oxyde de zirconium. Le résultat est une réaction qui nécessite des conditions moins exigeantes et une méthode plus verte pour recycler les déchets.

Le recyclage est une grande partie de la solution de l'humanité au problème mondial des déchets plastiques. Il s'agit en grande partie de transformer les déchets plastiques en produits plastiques. Cependant, les scientifiques ont également exploré des approches alternatives pour encourager l'utilisation des déchets comme ressource. Cela inclut le recyclage, la conversion des déchets en composés et produits entièrement nouveaux qui peuvent être plus précieux que les matériaux utilisés pour les fabriquer.

Des éthers et des esters sont mis à réagir avec un disilane en présence d'un catalyseur hybride constitué de nanoparticules d'or montées sur un substrat d'oxyde de zirconium. La présence des nanoparticules d'or et des sites acides et basiques sur le support aide à convertir les groupes éthers et esters en groupes silane. Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

A team of researchers from Tokyo Metropolitan University led by Associate Professor Hiroki Miura has been working on the conversion of plastic and biomass to organosilanes, organic molecules with a silicon atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> atome lié pour former une liaison carbone-silicium. Les organosilanes sont des matériaux précieux dans les revêtements à haute performance et les intermédiaires dans la production de produits pharmaceutiques et agrochimiques. Cependant, l'ajout de l'atome de silicium implique souvent des réactifs sensibles à l'air et à l'humidité et nécessitant des températures élevées, sans parler des conditions fortement acides ou basiques. Cela fait potentiellement du processus de conversion lui-même un fardeau environnemental.

Maintenant, l'équipe a appliqué un matériau catalyseur hybride constitué de nanoparticules d'or supportées sur un support d'oxyde de zirconium. Le catalyseur prend des groupes éther et ester, tous deux abondants dans les plastiques comme le polyester et les composés de la biomasse comme la cellulose et les aide à réagir avec un composé contenant du silicium connu sous le nom de disilane. Sous chauffage doux en solution, ils ont réussi à créer des groupes organosilane là où se trouvait le groupe ester ou éther. Grâce à des études détaillées du mécanisme, l'équipe a découvert que la coopération entre les nanoparticules d'or et la nature amphotère (à la fois basique et acide) du support était responsable de la conversion efficace et à haut rendement de la matière première dans des conditions douces.

Étant donné que l'élimination des déchets plastiques nécessite souvent une combustion ou des conditions fortement acides/basiques, le processus lui-même offre déjà une voie facile pour décomposer les polyesters dans des conditions beaucoup moins exigeantes. Cependant, le point clé ici est que les produits de la réaction sont eux-mêmes des composés précieux, prêts pour de nouvelles applications. L'équipe espère que cette nouvelle voie de production d'organosilanes fera partie de notre voie vers un avenir neutre en carbone, où les plastiques ne se retrouveront pas dans l'environnement, mais dans des produits plus utiles à la société.

Référence : "Diverse Alkyl–Silyl Cross-Coupling via Homolysis of Unactivated C(sp3)–O Bonds with the Cooperation of Gold Nanoparticles and Amphoteric Zirconium Oxides" par Hiroki Miura, Masafumi Doi, Yuki Yasui, Yosuke Masaki, Hidenori Nishio et Tetsuya Shishido , 20 février 2023, Journal of the American Chemical Society.DOI : 10.1021/jacs.2c12311

Ce travail a été soutenu par le Program for Element Strategy Initiative for Catalysts and Batteries (ESICB) (Grant Number JPMXP0112101003), le JST FOREST Program (Grant Number JPMJFR203V), Grants-in-Aid for Scientific Research (B) (Grant Number 21H01719) , Challenging Research (Exploratory) (Grant Number 22K18927) et Scientific Research on Innovative Areas (Grant 17H06443) commandé par MEXT, Japon.