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Force-Responsive Heterogeneous Catalysts

Description du projet

Combler le fossé entre les catalyseurs artificiels et naturels

Lors de la catalyse, les biocatalyseurs naturels – les enzymes – confinent de manière dynamique les réactifs et les états de transition avec une précision géométrique et chimique. Bien que les chimistes puissent reproduire le confinement statique avec les catalyseurs nanoporeux existants, ils ne peuvent pas contrôler la géométrie du confinement à l’intérieur de ces matériaux compacts. Le projet FORECAT, financé par le CER, comblera cette lacune en créant un nouveau système catalytique à confinement réglable de l’extérieur. Pour ce faire, elle exploitera les propriétés uniques des matériaux à base de graphène mou, tels que les carbones zéolitiques. La taille des pores de tels matériaux peut être ajustée avec précision à l’échelle subnanométrique par une force mécanique externe. Cela permet d’adapter la géométrie du confinement en modifiant le degré de compression. À terme, la catalyse sensible à la force ouvrira de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux poreux sur mesure destinés à la catalyse et à d’autres applications.

Objectif

Efficient catalytic materials are essential for the sustainable energy transition. To design such materials, we have a lot to learn from Nature, where bio-catalysts enzymes can perform many reactions that are virtually impossible for chemists to replicate. Enzymes operate by dynamically confining reactants and transition states, during the catalytic reaction, with high geometric and chemical precision. While we can mimic static confinement with existing nanoporous catalysts, we do not have in-situ control over the confinement geometry inside these generally rigid materials.
I aim to bridge this material gap by developing the first catalytic system with externally tunable confinement. My original approach is based on soft graphene-based materials – zeolite-templated carbons (ZTC). The unique property of these materials is that their pore size can be finely tuned within the sub-nanometer range by external mechanical force. This feature enables the precise modulation of the confinement geometry by simply varying the compression degree.
In FORECAT, my team and I will:
▪ Synthesize a library of catalytic transition metal nanoparticles inside the pores of ZTCs
▪ Explore the force-responsive performance of these catalysts in selective CO2 hydrogenation and N2 fixation
▪ Link the geometry of confinement with i) diffusivity of reactants, intermediates, and products; ii) their adsorption strength and coverage on active sites; and iii) reactivity and selectivity of the catalysts
▪ Utilize oscillatory compression–release of ZTC-based catalysts to drastically enhance their performance through catalytic resonance
The new field of force-responsive catalysis will provide unique fundamental insights and deep understanding of the chemistry of confinement. This understanding will enable designing better functional porous materials for catalysis and other applications. Eventually, the results of this project will contribute to bridging the gap between artificial and natural catalysts.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN
Contribution nette de l'UE
€ 1 999 582,50
Adresse
GROENE LOPER 3
5612 AE Eindhoven
Pays-Bas
Région
Zuid-Nederland Noord-Brabant Zuidoost-Noord-Brabant
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 999 582,50

Bénéficiaires (1)