Des chimistes développent une molécule pour une étape importante vers la photosynthèse artificielle
Une équipe de recherche de l'Université de Bâle a mis au point une nouvelle molécule qui s'inspire de la photosynthèse des plantes : Sous l'influence de la lumière, elle accumule simultanément deux charges positives et deux charges négatives. L'objectif est de convertir la lumière du soleil en carburants neutres en CO₂.
Les plantes utilisent l'énergie de la lumière du soleil pour transformer le CO₂ en molécules de sucre riches en énergie. Ce processus, appelé photosynthèse, est à la base de pratiquement toute vie : les animaux et les hommes peuvent à nouveau "brûler" les hydrates de carbone ainsi produits et utiliser l'énergie qui y est stockée. Ce faisant, ils produisent à nouveau du dioxyde de carbone, et la boucle est bouclée.
Ce modèle pourrait également être la clé de carburants respectueux de l'environnement : Des chercheurs travaillent à l'imitation de la photosynthèse naturelle et à la production de composés riches en énergie à l'aide de la lumière du soleil : les carburants solaires comme l'hydrogène, le méthanol ou l'essence synthétique. Lorsqu'ils sont brûlés, il ne se dégage que la quantité de dioxyde de carbone nécessaire à la production de ces carburants. Ils seraient donc neutres en termes de CO₂.
Une molécule à la structure particulière
Le professeur Oliver Wenger et son doctorant Mathis Brändlin font maintenant état dans la revue spécialisée "Nature Chemistry" d'une étape intermédiaire importante vers cette vision d'une photosynthèse artificielle : ils ont développé une molécule particulière qui peut stocker simultanément quatre charges sous l'effet de la lumière - deux positives et deux négatives.
Le stockage intermédiaire de plusieurs charges est une condition importante pour transformer la lumière du soleil en énergie chimique : Les charges peuvent être utilisées pour alimenter des réactions - par exemple pour décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène.
La molécule se compose de cinq parties qui sont reliées en série et qui remplissent chacune une fonction précise. D'un côté de la molécule se trouvent deux parties qui donnent des électrons et sont ainsi chargées positivement. Deux autres, de l'autre côté, reçoivent des électrons et deviennent ainsi chargées négativement. Au milieu, les chimistes ont placé un élément qui capte la lumière du soleil et démarre la réaction (le transfert d'électrons).
Deux étapes avec la lumière
Pour créer les quatre charges, les chercheurs ont procédé par étapes avec deux éclairs de lumière. Le premier flash lumineux frappe la molécule et déclenche une réaction qui produit une charge positive et une charge négative. Ces charges se déplacent respectivement vers l'extérieur, aux extrémités opposées de la molécule. Lors du deuxième flash lumineux, la même réaction se produit à nouveau, de sorte que la molécule contient maintenant deux charges positives et deux charges négatives.
Fonctionne avec une faible lumière
"Cette excitation progressive permet d'utiliser une lumière nettement plus faible. Nous nous rapprochons ainsi de la puissance de la lumière solaire", explique Brändlin. Dans les travaux de recherche précédents, une lumière laser extrêmement puissante était nécessaire, ce qui était loin de la vision d'une photosynthèse artificielle. "De plus, les charges dans la molécule restent stables suffisamment longtemps pour être utilisées dans d'autres réactions chimiques".
Certes, la nouvelle molécule n'a pas encore permis de créer un système de photosynthèse artificielle fonctionnel. "Mais nous avons identifié et réalisé une pièce importante du puzzle", déclare Oliver Wenger. Les nouvelles connaissances acquises grâce à cette étude contribuent à mieux comprendre les transferts d'électrons, qui sont essentiels pour la photosynthèse artificielle. "Nous espérons ainsi contribuer à de nouvelles perspectives pour un avenir énergétique durable", conclut Wenger.
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