Des chercheurs ont développé un catalyseur à base d'or qui obtient des rendements élevés d'acétaldéhyde à partir de bioéthanol à des températures inférieures aux références précédentes. Cette innovation, impliquant un mélange d'or, de manganèse et de cuivre, surpasse un record vieux d'une décennie tout en promouvant la durabilité. Cette avancée pourrait rendre la production de produits chimiques industriels clés plus respectueuse de l'environnement.
L'acétaldéhyde sert de bloc de construction vital dans la fabrication, en particulier pour les plastiques et les produits pharmaceutiques. Traditionnellement, il est produit par le procédé d'oxydation Wacker à base d'éthylène, qui est coûteux et lourd pour l'environnement. Une approche plus verte consiste en l'oxydation sélective du bioéthanol, bien que les catalyseurs passés aient peiné à équilibrer activité et sélectivité, produisant souvent moins de 90 % d'acétaldéhyde.
Il y a plus d'une décennie, des scientifiques dont Peng Liu et Emiel J.M. Hensen ont introduit un catalyseur Au/MgCuCr2O4 qui a atteint plus de 95 % de rendements à 250 °C et maintenu sa stabilité pendant plus de 500 heures. Cette étape, détaillée dans des études de 2013 à 2017, a mis en lumière une interaction clé Au0-Cu+ mais a laissé des défis pour créer des versions non toxiques fonctionnant à des températures encore plus basses.
Dans un travail récent, une équipe dirigée par le Prof. Peng Liu de l'Université de technologie de Huazhong et le Prof. Emiel J.M. Hensen de l'Université de technologie d'Eindhoven a avancé ce domaine. Ils ont conçu des catalyseurs perovskites Au/LaMnCuO3, variant les ratios manganèse-cuivre par un procédé de combustion sol-gel suivi d'un revêtement de nanoparticules d'or. La variante optimale, Au/LaMn0.75Cu0.25O3, a délivré un rendement de 95 % d'acétaldéhyde à 225 °C et est restée stable pendant 80 heures.
Des concentrations plus élevées en cuivre ont réduit les performances, le cuivre perdant son état actif pendant les réactions. Des analyses computationnelles utilisant la théorie de la fonctionnelle de densité et la modélisation microcinétique ont révélé que le dopage au cuivre dans la structure LaMnO3 crée des sites actifs près des particules d'or. Ces sites facilitent les interactions oxygène-éthanol, abaissant les barrières énergétiques de la réaction.
Les résultats, publiés dans Chinese Journal of Catalysis (2025, volume 75, pages 34), soulignent la valeur d'un réglage précis de la composition pour l'efficacité et la stabilité dans la production chimique durable. Les matériaux ont été fournis par le Dalian Institute of Chemical Physics, Académie chinoise des sciences.
