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Jul 31, 2023

Un nouveau catalyseur aide à transformer les déchets plastiques en nous

Un catalyseur de nanoparticules d'or supporté peut recycler le polyester et la biomasse Image de l'Université métropolitaine de Tokyo : les éthers et les esters réagissent avec un disilane en présence d'un catalyseur hybride

Le catalyseur de nanoparticules d'or pris en charge peut recycler le polyester et la biomasse

Université métropolitaine de Tokyo

image : Des éthers et des esters réagissent avec un disilane en présence d'un catalyseur hybride constitué de nanoparticules d'or montées sur un substrat d'oxyde de zirconium. La présence de nanoparticules d'or et de sites à la fois acides et basiques sur le support contribue à convertir les groupes éthers et esters en groupes silane.Voir plus

Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Tokyo, Japon – Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont découvert que des nanoparticules d'or fixées sur une surface d'oxyde de zirconium aident à transformer des déchets comme la biomasse et le polyester en composés organosilanes, des produits chimiques précieux utilisés dans un large éventail d'applications. Le nouveau protocole exploite la coopération entre les nanoparticules d’or et la nature amphotère (à la fois acide et basique) du support d’oxyde de zirconium. Le résultat est une réaction qui nécessite des conditions moins exigeantes, une méthode plus verte de valorisation des déchets.

Le recyclage est un élément important de la solution apportée par l’humanité au problème mondial des déchets plastiques. Il s’agit en grande partie de transformer des 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 de déchets en composés et produits entièrement nouveaux qui peuvent avoir plus de valeur que les matériaux utilisés pour les fabriquer.

Une équipe de chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo dirigée par le professeur agrégé Hiroki Miura a travaillé sur la conversion du plastique et de la biomasse en organosilanes, des molécules organiques auxquelles un atome de silicium est attaché pour former une liaison carbone-silicium. Les organosilanes sont des matériaux précieux dans les revêtements 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, 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.

L’équipe a désormais 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 appelé disilane. Sous un léger chauffage en solution, ils ont réussi à créer des groupes organosilanes 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 acides/basiques sévères, le processus lui-même offre déjà un moyen facile de 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’organosilane fera partie de notre chemin 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.

Ce travail a été soutenu par le Programme for Element Strategy Initiative for Catalysts and Batteries (ESICB) (numéro de subvention JPMXP0112101003), le programme JST FOREST (numéro de subvention JPMJFR203V), les subventions d'aide à la recherche scientifique (B) (numéro de subvention 21H01719). , Recherche stimulante (exploratoire) (numéro de subvention 22K18927) et recherche scientifique sur les domaines innovants (subvention 17H06443) commandée par MEXT, Japon.

Journal de la Société américaine de chimie

10.1021/jacks.2c12311

Couplage croisé alkyle-silyle diversifié via l'homolyse de liaisons C(sp3)-O non activées avec la coopération de nanoparticules d'or et d'oxydes de zirconium amphotères