Covalent and non-covalent immobilization of iridium based photocatalysts on silica nanoparticles

Details

Supervisors

Hermans, Sophie ; Riant, Olivier

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en sciences chimiques, à finalité approfondie

Abstract

Face à la crise climatique, beaucoup de recherches sont orientées vers des voies de synthèse plus écologiques. La photocatalyse joue un rôle clé dans cette transition en utilisant la lumière comme source d’énergie. Cependant, les photocatalyseurs les plus répandus, typiquement à base d’iridium et de ruthénium, sont souvent toxiques et coûteux, soulevant des préoccupations environnementales et économiques. La catalyse homogène supportée offre alors une solution idéale permettant de facilement recycler ces photocatalyseurs en les greffant sur un support. Ce mémoire avait donc pour objectif principal de fixer des photocatalyseurs à base d'iridium sur des nanoparticules de silice. Une première méthode avait pour but de former un catalyseur supporté via un lien covalent. Pour ce faire, des nanoparticules de silice ont été synthétisées et fonctionnalisées. En parallèle, un ligand permettant le lien covalent du photocatalyseur commercial (Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6 a, lui aussi, été obtenu. Le catalyseur supporté résultant du couplage entre complexe et silice a permis d’effectuer une photoisomérisation de référence avec une conversion similaire à son équivalent non supporté sur deux cycles, donnant 76/24 d’isomère Z/E. Il semblerait cependant que l’interaction au sein du catalyseur supporté soit plutôt de nature électrostatique. Une seconde méthode visait à fixer (Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy))PF6 sur de nanoparticules de silice via des interactions électrostatiques basées sur un groupement sulfonate. Cependant, le produit du couplage entre la silice fonctionnalisée et le photocatalyseur n’a pas permis d’obtenir des résultats convainquant lors de la photoisomérisation. Il semblerait que le couplage ait échoué dû à la présence d’un trop grand nombre de contaminants sur la silice. Enfin, une découverte inattendue a permis de fixer le photocatalyseur Ir(ppy)3 sur différentes silices modifiées par des groupements soufrés. Les photocatalyseurs supportés résultants ont permis d’obtenir des rendements similaires à l’équivalent non supporté durant quatre cycles de photoisomérisation successifs, mettant en avant l’utilité de l’hétérogénéisation de ces photocatalyseurs. L’interaction en jeu dans ce cas n’est pas encore comprise et des études approfondies permettront peut-être, à l’avenir, d’expliquer ce résultat.