Hydrogénation et activation de N₂ : le lutétium défie les catalyseurs classiques

La scission directe des molécules de dihydrogène (H₂) et de diazote (N₂) est obtenue via le processus industriel Haber-Bosch mis en œuvre pour la synthèse de l'ammoniac. Ce procédé, qui utilise des catalyseurs à base de métaux de transition, est très énergivore car il fait intervenir des conditions de pression et température drastiques. 

Dans cette étude, des scientifiques du Laboratoire de chimie moléculaire (CNRS/Ecole polytechnique) montrent qu'une sélection minutieuse de composés de lutétium, une terre rare, permet de former un complexe à la fois stable et hautement réactif, qui induit directement la scission du dihydrogène à température ambiante. Une réactivité observée pour la première fois dans le cas d’une molécule de terre rare et confirmée par des calculs théoriques de fonctionnelle de la densité (DFT). De plus, le complexe Lu(II) se lie facilement au diazote pour former un composé appelé diazénido. Ce dernier présente une réactivité unique et peut être hydrogéné dans des conditions très douces (sous une pression d’environ 1 bar de H₂ et à température ambiante) pour former un complexe de type amidure Lu(III)-NH₂, première étape pour former l’ammoniac.

Ces travaux publiés dans la revue JACS montrent que réactions d'hydrogénation et de scission directe de N₂ ne sont donc pas uniquement catalysées par des métaux de transition mais peuvent être facilement réalisées en présence de complexes moléculaires de terres rares. Plus généralement, cette avancée dans la compréhension de ces mécanismes réactionnels pourrait permettre d’aller vers de nouveaux catalyseurs permettant d’opérer dans des conditions plus douces nécessitant un apport d’énergie bien moins important.

Rédacteur : CCdM