Nanocast mesoporous mixed metal oxides for catalytic applications

Since the initial discovery of ordered mesoporous silica in early 1990s, considerable innovations were achieved regarding their synthesis, characterization and applications. One of the best outcomes of these intense research efforts is the development of a solid templating method called “nanocasting”, which is based on using mesoporous silica (or carbon) as a rigid template. This solid-to-solid replication method opened the pathway for synthesizing high surface area non-silica mesostructured materials that are challenging to obtain through conventional self-assembly processes which are based on amphiphilic soft structure-directing agents. In particular, the replicated metal oxide mesostructures obtained by this method were found to be highly versatile for a wide range of applications, especially in catalysis, owing to their large specific surface area. Furthermore, the nanocasting method is particularly suited for the synthesis of mixed metal compositions, favored by the possible confinement of mixed precursors in the nanopores of the template. In this account, we discuss some of the recent developments regarding the synthesis of nanocast mixed metal oxides and their perspectives of catalytic applications. It is here the choice of the authors to place emphasis on a few representative examples of compositions (e.g., non-noble metal-based catalysts, perovskites) and catalytic reactions (e.g., hydrogen production, gas-phase oxidation).

RésuméDepuis la découverte de la silice mésoporeuse ordonnée au début des années 1990, des innovations considérables ont été réalisées en ce qui concerne leur synthèse, leur caractérisation et leurs applications. L’un des meilleurs résultats de ces intenses efforts de recherche est le développement d’une méthode de préparation appelée « nano-moulage », qui est basée sur l’utilisation de la silice mésoporeuse (ou de carbone) comme moule. Cette méthode, par réplication solide–solide, a ouvert la voie vers la synthèse de matériaux mésostructurés non siliciques de grande surface spécifique, qui sont difficiles à obtenir par le biais des processus d’autoassemblage moléculaire, basés quant à eux sur l’utilisation d’agents structurants comme les amphiphiles. En particulier, les oxydes métalliques mésostructurés obtenus par cette méthode de réplication peuvent être utilisés dans une large gamme d’applications, en particulier en catalyse, en raison de leur forte surface spécifique. De plus, la méthode de préparation par nano-moulage est particulièrement adaptée à la préparation des oxydes mixtes. La formation d’oxyde mixte est favorisée par le confinement des différents précurseurs des oxydes dans les nanopores de la matrice mésoporeuse. Dans cette revue, nous discuterons les récents développements concernant la préparation d’oxydes métalliques mixtes par la technique de « nano-moulage » et de leurs perspectives d’application en catalyse hétérogène. Le choix des auteurs est ici de mettre l’accent sur quelques exemples représentatifs (par exemple, les catalyseurs à base de métaux non précieux, les pérovskites) et un choix de réactions catalytiques comme la production d’hydrogène ou l’oxydation en phase gazeuse.