Des structures nanométriques poreuses comme catalyseurs
Les polymères poreux ont soulevé un grand intérêt comme catalyseurs, pour séparer des gaz ou pour stocker de l'énergie. Ils permettent d'appliquer les méthodes directes et bien connues de fabrication des polymères pour produire des matériaux à plusieurs fonctions, dotés d'une architecture poreuse hiérarchisée. Des scientifiques ont lancé le projet FUNMOPS («Functional microporous organic polymers»), financé par l'UE, pour synthétiser de nouveaux polymères à fins de catalyse. Les polymères organiques microporeux d'échelle nanométrique permettent de concevoir des catalyseurs hétérogènes, dans une phase différente de celle des réactants. Ceci permet de recycler le catalyseur. Les chercheurs visaient des polymères tricotés, d'autres avec des fractions acides et basiques, et d'autres encore avec des photo-initiateurs. Les premiers sont «tricotés» à partir de blocs de base aromatiques, avec une réticulation externe et des réactants économiques. Les scientifiques de FUNMOPS ont synthétisé un réseau tricoté de chlorure de phthalocyanine fer(III), puis l'ont copolymérisé avec du benzène pour augmenter la porosité. De manière inattendue, ils ont constaté que la surface augmentait linéairement avec la proportion de benzène. Le chlorure de phthalocyanine fer(III) est un catalyseur connu de l'oxydation, aussi les scientifiques ont testé le co-réseau de benzène, constatant un rendement et une oxydation excellents, ainsi que la chimiosélectivité. L'équipe a appliqué la réaction de Knoevenagel (condensation) à catalyse basique du benzaldéhyde avec le malononitrile, réussissant la catalyse acide-base via des polymères organiques microporeux. Elle a obtenu 96 % de conversion et une sélectivité supérieure à 99 %, grâce à des polymères microporeux conjugués et fonctionnalisés par des groupes amines. Elle a pu recycler le catalyseur hétérogène. Elle a aussi montré l'intérêt de réseaux tricotés moins coûteux pour la réaction de Knoevenagel à catalyse basique. Finalement, les chercheurs ont synthétisé des polymères organiques microporeux contenant de la thioxanthone, un photo-initiateur aromatique rigide. Ils ont produit le polymère organique tricoté par copolymérisation de la thioxanthone avec un autre monomère poreux à fort rendement. Ils ont utilisé ces réseaux pour la photopolymérisation par radicaux libres du méthyl méthacrylate. En outre, les polymères organiques microporeux ont pu être recyclés sans perte significative d'activité. Le projet FUNMOPS a notablement contribué au domaine des polymères et de la catalyse, tous deux d'une grande importance socioéconomique. Ces polymères organiques microporeux recyclables, avec un rendement et une sélectivité élevées pour des réactions d'intérêt industriel, augmenteront la compétitivité de nombreuses entreprises dont les produis nécessitent une catalyse.
Mots‑clés
Catalyse, polymères organiques microporeux, polymères, Knoevenagel, thioxanthone
