Photosynthèse artificielle: le deuxième électron enfin accessible
Publié par Redbran le 08/02/2018 à 12:00
Source: CNRS-INC
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...) 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 l'histoire naturelle des...) Intégrative de la Cellule (CNRS/CEA Paris-Saclay, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paris-Saclay) ont observé la manière dont les charges électriques s'accumulent au sein d'un système moléculaire. Ces travaux publiés dans Angewandte Chemie International Edition représentent une contribution décisive à la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition)...) artificielle, notamment pour la conversion de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau et du...) 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 matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par des êtres vivants , végétaux, animaux, ou micro-organismes. Il s'agit par exemple des glucides, protides et lipides. À la...) en utilisant l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) 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...) 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...) 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...) de 4 photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) 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 deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2.) 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 (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de...), 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 partage des espaces...) Moléculaire et des Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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 paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.), 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...), 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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