Catalyseurs Homogènes Bifonctionnels pour la Production Durable d'Ammoniac // Bifunctional Homogeneous Catalysts for Sustainable Ammonia Production

Ces travaux font appel à l'expertise canadienne en conception de ligands et à l'expertise française en chimie du molybdène (Mo), du tungstène (W) et du manganèse (Mn) pour examiner de nouveaux composés [M]-NxHy en rapport avec la fixation biologique de l'azote, avec une emphase sur les effets de la seconde sphère de coordination (SSC), dans laquelle un acide de Lewis (AL) périphérique pourra entrer en contact avec un substrat lié au métal pour le pré-activer. De tels échafaudages peuvent être considérés comme de nouvelles plateformes mettant en jeu la coopérativité métal-ligand, un concept de plus en plus important pour l'activation des petites molécules et la catalyse. Ici, l'équipe va préparer une série de complexes ayant des ligands comportant des sites acides de Lewis (e.g., B- ou Al-) dans leur SSC, qui vont fonctionner pour stabiliser une unité N2 réduite via un ensemble d'interactions intramoléculaires B··N dans la sphère externe. Nous nous attendons à ce qu'un tel partenariat métal-acide de Lewis soit un atout pour faciliter la scission, la réduction et la fonctionnalisation du N2. L'applicabilité de ces ligands peut être étendue à d'autres petites molécules comme O2, H2O2, CO2, CO etc. - pertinentes pour les cycles d'énergie globaux du carbone et de l'oxygène. Cette recherche permettra de réduire le déficit de connaissances et de promouvoir les collaborations Canada/France en étudiant les processus qui sont liés à la production durable d'ammoniac (NH3).
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This work jointly applies Canadian expertise in ligand design, and French expertise in the chemistry of molybdenum (Mo), tungsten (W), and manganese (Mn) to examine novel [M]-NxHy compounds of relevance to biological nitrogen fixation. Here, secondary coordination sphere (SCS) effects are proposed to assist in activation, wherein a peripheral Lewis acid (LA) can engage with metal-bound substrate to pre-activate it. Such scaffolds are viewed as active participants in metal-ligand cooperative (MLC) reactivity –an increasingly important design concept for small-molecule activation and catalysis. Here, the team will prepare a series of complexes having pendant Lewis acidic (e.g., B- or Al-) responsive ligands in their SCS, which will function to stabilize a reduced N2 unit via an array of intramolecular B···N outer sphere interactions. We expect such metal-Lewis acid partnership will be an asset to facilitate N2 scission, reduction and functionalization. The applicability of these ligands may be expanded to other small-molecules such as O2, H2O2, CO2, CO etc. - of relevance to carbon and oxygen global energy cycles. This research will reduce knowledge deficit and promote Canada/France stewardship by studying processes that are linked to sustainable ammonia (NH3) production.
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Début de la thèse : 01/12/2024

Financement d'une institution de la république (Assemblée, Sénat,…)

Université Toulouse III - Paul Sabatier

482 SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse

Un master en chimie ou équivalent. Une solide connaissance de la chimie générale et moléculaire est essentielle. Une formation en chimie organométallique et en chimie de la coordination, et les compétences expérimentales associées (boîte à gants, rampe à vide, techniques de Schlenk) sont un atout. Le candidat doit être capable d'effectuer des recherches dans un milieu académique, par exemple de préparer, de mettre en place et de réaliser des expériences, tout en analysant soigneusement les résultats et en effectuant des recherches bibliographiques, s'il y a lieu. Le candidat devra organiser ses propres activités de recherche selon les délais et les exigences convenus. D'excellentes compétences en informatique sont essentielles. Le candidat doit posséder de solides compétences en communication écrite et orale en anglais, pour rendre compte, présenter et communiquer efficacement des progrès de la recherche. Le candidat doit savoir travailler en équipe, mais aussi de façon indépendante.
A master's degree in chemistry or equivalent. Solid knowledge of general and molecular chemistry is essential. A background in organometallic and coordination chemistry, and associated experimental skills (glove box, vacuum line, Schlenk techniques) is an asset. The candidate must be able to conduct research in an academic setting, for example preparing, setting up, and carrying out experiments, while carefully analyzing results, and performing literature surveys, as appropriate. The candidate will be expected to organize their own research activities according to agreed upon deadlines and requirements. Excellent computer skills are essential. They must have strong written and oral communication skills in English, to effectively report, present and communicate on research progress. They must work as member of a team, but also independently.