Le peroxyde d’hydrogène est un produit chimique omniprésent que l’on trouve dans la plupart des maisons et utilisé dans tout, de la teinture des cheveux au traitement des plaies. C’est également un agent inestimable pour de nombreuses industries de l’alimentation, du textile et même de la production de semi-conducteurs.
Reportage dans VERINS, des chercheurs de l’Université de Kyushu ont mis au point un nouveau procédé pour synthétiser ce produit chimique en utilisant un nouveau catalyseur homogène inspiré de la nature. De plus, le processus est nettement plus sûr que les méthodes conventionnelles.
Les scientifiques rapportent la synthèse du peroxyde d’hydrogène depuis plus de deux cents ans. La norme industrielle actuelle est une méthode connue sous le nom de «méthode à l’anthraquinone», un processus par étapes et indirect qui remonte à la Seconde Guerre mondiale. Cependant, alors que le peroxyde d’hydrogène — ou H2O2 — lui-même est relativement inoffensif, sa production ne l’est parfois pas.
« Les méthodes de synthèse actuelles sont inutiles. Cela est dû à la forte inflammabilité des mélanges d’hydrogène et d’oxygène et à l’exigence de matériaux variés », explique le professeur Seiji Ogo de la faculté d’ingénierie de l’université de Kyushu, auteur de l’étude.
Ogo et son équipe ont cherché une approche plus verte pour H2O2 production, s’inspirant de la nature. Ils se sont particulièrement concentrés sur un ensemble d’enzymes appelées « hydrogénases ». Ce sont des enzymes présentes dans les micro-organismes extrêmophiles – des organismes qui vivent dans des environnements extrêmement hostiles, comme le fond même de l’océan.
Les sources chaudes du Japon sont un autre lieu d’activité extrêmophile. C’est là qu’Ogo et ses collègues ont trouvé l’hydrogénase S-77. Les hydrogénases présentent des propriétés prometteuses pour le transfert d’électrons des molécules d’hydrogène vers les molécules d’oxygène, un événement clé pour la synthèse du peroxyde d’hydrogène.
« L’hydrogénase S-77 a été la source d’inspiration pour des travaux antérieurs dans mon laboratoire, où nous avons construit un catalyseur homogène à base de rhodium », explique Ogo. « Le catalyseur a fonctionné en facilitant le retrait des électrons des molécules d’hydrogène, puis en les donnant aux molécules d’oxygène. Cependant, il a donné un rendement médiocre. »
Dans leur nouvelle étude, le catalyseur a été amélioré en incorporant un ligand carbène N-hétérocyclique pour l’étape de réduction, ce qui a conduit à un chiffre d’affaires – un reflet de l’efficacité de la réaction – plus de 250 fois supérieur à celui du catalyseur précédent. , et l’un des plus élevés jamais rapportés pour un catalyseur homogène.
De plus, contrairement au procédé conventionnel à l’anthraquinone, le nouveau catalyseur homogène ne nécessite qu’une seule étape et aucune séparation de l’hydrogène et de l’oxygène gazeux du ballon de réaction. Par conséquent, avec plus de développement, le nouveau catalyseur pourrait conduire à un procédé qui nécessite moins de matériaux et des coûts inférieurs au niveau industriel.
« Le nouveau procédé est une réaction idéale pour la synthèse du peroxyde d’hydrogène car il implique un mélange réactionnel sûr, une réaction dans un seul récipient et une synthèse directe utilisant uniquement de l’hydrogène et de l’oxygène », conclut Ogo. « Les entreprises cherchent toujours des moyens de réduire les coûts de production. Notre catalyseur peut être une ressource importante pour de nombreuses industries. »
