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Posté par Redbran le Jeudi 08/02/2018 à 12:00
Photosynthèse artificielle: le deuxième électron enfin accessible
Des équipes de recherche de l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay), de l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay) et de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) Intégrative de la Cellule (CNRS/CEA Paris-Saclay, Université Paris-Saclay) ont observé la manière dont les charges électriques s’accumulent au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en...) d’un système moléculaire. Ces travaux publiés dans Angewandte Chemie International Edition représentent une contribution décisive à la photosynthèse artificielle, notamment pour la conversion de l’énergie solaire en fuel.


Énergies et constantes de vitesse des de l’accumulation séquentielle de deux électrons au sein de la dyade Ru-NDI.
©Aukauloo

La photosynthèse est un processus très efficace chez les plantes, qui leur permet de synthétiser de la matière organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) en utilisant l’énergie solaire. Recueillir l’énergie solaire renouvelable d’une manière aussi optimale serait profitable à notre société. Issu d’une rencontre entre physiciens et chimistes, un consortium de trois équipes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) développe, par biomimétisme, des dispositifs artificiels pour la conversion de l’énergie solaire en fuel, une énergie chimique facilement transportable et stockable.

Dans la nature, une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des...) contient l’enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les...) qui, suite à l’absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie...) de 4 photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) successifs, libère 4 électrons utilisés ensuite dans une réaction d’oxydoréduction pour produire des biomolécules à partir d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de...) CO2. Un des défis de la photosynthèse artificielle consiste à mimer la nature. Comment ? En réalisant plusieurs cycles photo-induits de séparations de charges au sein d’un système moléculaire, chaque cycle libérant un unique électron, afin de récupérer les 4 électrons nécessaires. Jusqu’ici, les scientifiques ne connaissaient en détails que l’échange du premier électron.

Des équipes de l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay), de l’Institut de Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...) Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay) et de l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (CNRS/CEA Paris-Saclay, Université Paris-Saclay) ont franchi une étape supplémentaire en suivant les événements induits par l’absorption du deuxième, fournissant le deuxième électron. Cette détection directe et sans équivoque, sur une base spectroscopique, est une première dans une dyade moléculaire. Les chercheurs ont pu mettre en évidence une durée de vie (La vie est le nom donné :) de 0.2 ms pour l’état à double transfert de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un...), valeur exceptionnellement longue dans ces systèmes moléculaires, stockant ainsi une énergie de 1.1 eV. Ces expériences avec excitations séquentielles sont résolues en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et ont aussi donné accès à tous les processus de relaxation en compétition (transfert de charge inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...), FRET (Le transport de marchandises est une activité économique réglementée, à la fois par chaque pays et au niveau international.), désexcitation non-radiative, etc.) Élucider de tels processus intramoléculaires et/ou intermoléculaires est un prérequis incontournable dans la mise au point (Graphie) de systèmes photocatalytiques pour la conversion de l’énergie solaire en fuel.

Références publication:
Stéphanie Mendes Marinho, Minh-Huong Ha-Thi, Van-Thai Pham, Annamaria Quaranta, Thomas Pino, Christophe Lefumeux, Thierry Chamaillé, Winfried Leibl, Ally Aukauloo
Time-resolved interception of multiple charge accumulation in a sensitizer-acceptor dyad.
Angewandte Chemie International Edition – Octobre 2017
DOI: 10.1002/anie.201706564

Contacts chercheurs:
- Minh-Huong Ha-Thi, ISMO UMR 8214, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay
- Annamaria Quaranta, I2BC UMR 9198, CEA, Université Paris-Saclay
- Ally Aukauloo, ICMMO UMR 8182, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay

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Source: CNRS-INC