Catalyseurs verts sans métaux pour le recyclage de gas à effet de serre et pour la synthèse industrielle

La catalyse est l’un des piliers de la chimie verte, car l’utilisation de catalyseurs permet de réduire le coût énergétique et la génération de déchets associés aux procédés chimiques. De plus, la catalyse rend possible des réactions autrement impossibles. L’approche classique en catalyse consiste en l’utilisation des propriétés uniques des métaux de transition pour la construction de catalyseurs. Les métaux précieux comme le platine, le rhodium, le palladium et le rhodium, sont considérés particulièrement réactifs et sont utilisés dans des procédés comme l’hydrogénation, le couplage croisé et bien d’autres.

Malheureusement, ces éléments sont non seulement hautement coûteux, (ce qui limite les applications industrielles des catalyseurs) mais aussi toxiques, rares et difficiles à extraire proprement des ressources naturelles. De plus, il n’existe pas de catalyseurs pour de nombreuses réactions qui seraient d’intérêt pour la synthèse et l’industrie chimiques.

C’est pourquoi notre recherche vise à développer l’utilisation de catalyseurs sans métaux, constitués des éléments légers et naturellement abondants qui se trouvent à la droite du tableau périodique (en particulier le bore, le silicium, le phosphore, l’azote et l’oxygène). Nous nous attaquerons à la valorisation de l’hexafluorure de soufre (SF6), le gaz à effet le plus puissant connu. L’activation de cette molécule demeure présentement un défi que l’utilisation de métaux de transition ne parvient pas à surmonter. Notre approche sera d’exploiter le pouvoir fluorophile de radicaux libres de bore et de silicium pour activer SF6 et catalyser sa transformation en molécules organiques de type R-SF5 (R = groupement organique) qui sont des cibles à haute valeur ajoutée pour la chimie médicinale et les sciences des matériaux.
Nous élaborerons également des systèmes catalytiques pour silylation des liens C-H du benzène, afin de produire de façon verte des phénylsilanes. Ces derniers représentent une classe de molécules de grande importance industrielle (notamment en tant que scellant) qui sont présentement synthétisées par des méthodes polluantes non catalytiques.

Cette recherche démontrera que les éléments de groupe principal, qui, malgré leur abondance naturelle et bas prix, ont longtemps été négligés par le domaine de la catalyse, peuvent non seulement être une alternative verte à l’utilisation de métaux précieux, mais aussi posséder une complémentarité avec celle-ci en effectuant des réactions qui demeurent inconnues en catalyse métallique.