17.02.2022 - Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Chimie durable basée sur le bois

Produire des matériaux pour les cellules solaires, les diodes électroluminescentes et d'autres applications électroniques organiques de la manière la plus durable possible.

Certains randonneurs emportent avec eux une petite centrale solaire : ils fixent à leur sac à dos une feuille qui convertit la lumière du soleil en électricité. Cela leur permet de recharger leur téléphone portable pendant leurs déplacements. Des panneaux solaires flexibles, fins et légers peuvent également être fixés sur des vêtements de plein air ou collés sur des surfaces courbes - comme le toit des mobil-homes.

Ces cellules solaires capturent l'énergie du soleil non pas avec du silicium cristallin, mais avec des matériaux organiques spéciaux. Malheureusement, ces matériaux ont jusqu'à présent été fabriqués à partir de pétrole brut ou de gaz naturel, ce qui n'est pas dans l'esprit de la durabilité.

C'est pourquoi les scientifiques cherchent des alternatives. L'équipe dirigée par Holger Helten, professeur de chimie à la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg, en Bavière (Allemagne), s'intéresse à la matière première renouvelable qu'est le bois. Les furanes peuvent être dérivés du bois, et ces molécules en forme d'anneau conviennent parfaitement à l'électronique organique : elles peuvent être utilisées pour les cellules solaires, les diodes électroluminescentes, les écrans ou les circuits électroniques.

Le bore stabilise les polymères à base de furane

Il est important de noter que les matériaux à base de furane présentent des propriétés bien meilleures pour de nombreuses applications que la plupart des matériaux utilisés à ce jour dans l'électronique organique. Par rapport aux matériaux standard à base de thiophène, ils ont, entre autres, une luminosité plus forte et sont plus solubles - ce qui simplifie leur traitement et économise les solvants. Les furanes sont également biodégradables, c'est pourquoi ces matériaux peuvent probablement être recyclés.

Malheureusement, la plupart des matériaux à base de furane sont très instables dans les conditions ambiantes ; ils se décomposent rapidement en présence d'oxygène et de lumière. Mais il est possible de les stabiliser en les liant avec l'élément bore. "On obtient ainsi des composés capables de résister à des températures allant jusqu'à 300 degrés Celsius et de rester inaltérés par la lumière pendant des mois", explique Maximilian Fest, chimiste à la JMU, qui réalise sa thèse de doctorat sous la direction du professeur Helten.

Des méthodes de synthèse respectueuses de l'environnement

La recherche sur les polymères contenant du bore en est encore à ses débuts. Le doctorant de Würzburg synthétise plusieurs nouvelles variantes à partir de bore et de furanes et caractérise leurs propriétés. Pour ce faire, il s'appuie sur des méthodes de synthèse respectueuses de l'environnement, développées dans le groupe de travail de son professeur.

Holger Helten explique pourquoi ces méthodes sont respectueuses de l'environnement : "La polymérisation du bore et des furanes, mais aussi la synthèse de polymères purement organiques, produisent généralement des déchets très discutables. Il s'agit souvent de composés organiques de l'étain qui sont hautement toxiques pour l'homme et l'environnement. Avec notre approche, aucun métal n'est nécessaire et aucun déchet toxique n'est produit."

Son équipe souhaite améliorer encore ces processus de synthèse, afin de les rendre encore plus durables. L'un des objectifs est de réduire le nombre d'étapes de la réaction, ce qui permet d'économiser de l'énergie et des réactifs.

Financé par la Fondation fédérale allemande pour l'environnement

Avec tous ces atouts en termes de durabilité, il n'est pas surprenant que la Fondation fédérale allemande pour l'environnement (Deutsche Bundesstiftung Umwelt, DBU) finance le projet de thèse de Maximilian Fest : Elle lui accorde une bourse de 1 500 euros par mois pendant 2 ans et demi ainsi que des moyens matériels.

L'incorporation du bore dans les polymères à base de furane ouvre de nombreuses possibilités au-delà de l'électronique organique. "Nous pouvons l'utiliser, par exemple, pour construire des capteurs qui détectent les amines toxiques et d'autres substances", explique le professeur Helten. Ces polymères peuvent également être utilisés comme catalyseurs pour des réactions chimiques ou comme matériaux d'électrode pour les batteries lithium-ion.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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