La concentration atmosphérique de dioxyde de carbone (CO₂) augmente régulièrement, ce qui entraîne de nombreux problèmes environnementaux tels que le réchauffement de la planète, l'acidification des océans et des changements climatiques imprévisibles. Ces dernières années, l'utilisation du CO₂ comme matière première pour la conversion en produits chimiques organiques de valeur a suscité un intérêt croissant, car il est abondant, non toxique et peu coûteux. Cette thèse a étudié la réaction de cycloaddition du CO₂ avec un époxyde comme méthode d'utilisation du CO₂. En outre, les catalyseurs à structure métallo-organique (MOF) capables d'absorber une grande quantité de CO₂ sont présentés comme une classe de matériaux poreux avec des caractéristiques structurelles uniques, des surfaces spécifiques élevées, une facilité de modification chimique et une stabilité, et sont utilisés dans la cycloaddition du CO₂ avec un époxyde. Cette thèse étudie le rôle central des structures métallo-organiques (MOF) dans la réaction de fixation catalytique du CO₂ avec des époxydes en carbonates cycliques de valeur ajoutée. Grâce à la synthèse et à la fonctionnalisation des MOF, cette recherche démontre la faisabilité de l'utilisation de ces matériaux poreux en tant que catalyseurs efficaces pour les réactions de fixation du CO₂. En introduisant des fonctionnalités à base d'azote ionique dans les structures MOF par des méthodes de synthèse appropriées, l'activité catalytique et la sélectivité des MOF sont considérablement améliorées. Ces MOFs fonctionnalisés présentent des performances remarquables en favorisant l'activation et la conversion des époxydes et du CO₂ dans des conditions de réaction douces, sans nécessiter de solvants organiques ou de co-catalyseurs. Les effets synergiques de divers groupes fonctionnels au sein des MOF contribuent à améliorer l'efficacité catalytique. Cela se traduit par une affinité et une densité accrues du CO₂ à proximité des sites actifs, ainsi que par la facilitation de l'ouverture de l'anneau époxyde dans ce cadre. La synthèse et la caractérisation réussies de nouveaux catalyseurs à base de MOF mettent en évidence leur potentiel pour la conversion du CO₂ et l'avancement de la chimie durable. Dans l'ensemble, cette recherche souligne l'importance des groupes fonctionnels et des MOF en tant que matériaux prometteurs pour l'utilisation du CO₂ et fournit des indications précieuses sur leur conception et leur application dans les procédés de conversion catalytique du CO₂. / The atmospheric concentration of carbon dioxide (CO₂) is steadily increasing, resulting in numerous environmental issues such as global warming, ocean acidification, and unpredictable climate changes. In recent years, there has been increasing interest in using CO₂ as a feedstock material for conversion into valuable organic chemicals as it is abundant, non-toxic and low cost. This thesis studied the cycloaddition reaction of CO₂ with epoxides as a method of CO₂ utilization. Also, the metal organic framework (MOF) catalysts capable of high CO₂ adsorption are introduced as a class of porous materials with unique structural features, high surface areas, chemical tunability, and stability, which are used in the cycloaddition of CO₂ with epoxides. This thesis explores the pivotal role of metal-organic frameworks (MOFs) in the catalytic CO₂ fixation reaction with epoxides into valuable cyclic carbonates. Through the synthesis and functionalization of MOFs, this research demonstrates the feasibility of utilizing these porous materials as effective catalysts for CO₂ fixation reactions. By introducing ionic nitrogen-based functions into MOF structures through proper synthetic methods, the catalytic activity and selectivity of MOFs are significantly enhanced. These functionalized MOFs exhibit remarkable performance in promoting epoxide and CO₂ activation and conversion under mild reaction conditions, without the need for organic solvents or co-catalysts. The synergistic effects of various functional groups within MOF frameworks contribute to improved catalytic efficiency. This is evidenced by enhanced CO₂ affinity and density near active sites, as well as facilitating the opening of the epoxide ring within this framework. The successful synthesis and characterization of novel MOF-based catalysts highlight their potential for CO₂ conversion and advancing sustainable chemistry. Overall, this research underscores the importance of functional groups and MOFs as promising materials for CO₂ utilization and provides valuable insights into their design and application in catalytic CO₂ conversion processes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/152036 |
| Date | 21 October 2024 |
| Creators | Masoom Nataj, Seyedeh Molood |
| Contributors | Fontaine, Frédéric-Georges, Kaliaguine, S. |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiv, 199 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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