Photosynthèse artificielle: un pas de plus vers une photocatalyse efficace et propre
Publié par Adrien le 19/10/2019 à 08:00
Source: CNRS INC
Dans la nature, le dioxygène issu de la photosynthèse est utilisé entre autres pour oxyder des substrats organiques essentiels à la biologie et la chimie. Dans leurs recherches sur la photosynthèse artificielle, utile dans le cadre d'un développement durable de l'industrie chimique, les chimistes visent à reproduire cette méthode optimale: ils entendent utiliser 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...) et du dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température.) pour activer des catalyseurs qui peuvent ensuite réaliser les réactions de transfert d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) qui donnent les substrats organiques utiles à tous les secteurs industriels.

Mais les méthodes actuelles nécessitent l'ajout de molécules agissant comme des "donneurs sacrificiels d'électrons", ce qui limite l'efficacité de la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui permet aux...) artificielle. En effet, il s'agit d'une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la...) chimique qui fournit des électrons mais dont la présence peut interférer dans la réaction désirée et conduit à des sous-produits non définis.


La méthode inédite décrite ici permet par exemple de produire des aldéhydes, composés organiques utilisés en parfumerie, mais aussi pour produire des matières plastiques, solvants, colorants et médicaments.
© Nhat Tam Vo et al. 2019

Dans des travaux publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, des équipes de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) 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 d'investigations communs ou proches.) 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 (ICMMO, CNRS/Université Paris-Sud, UPSaclay), de l'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 l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) intégrative de la cellule (I2BC, CNRS/CEA/Université Paris-Sud, UPSaclay) et de l'Institut des sciences moléculaires de Marseille (ISM2, CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Marseille) ont montré que l'utilisation d'un accepteur d'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 l'atome.) réversible très utilisé dans les études de transfert d'électron photoinduit, le méthylviologène, permet de s'affranchir de cette limitation. Il sert comme relai dans le transfert d'électron vers le dioxygène et le catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans l'équation-bilan de cette...) générant l'espèce réactive pour la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus...) désirée. Un pas de plus vers une photocatalyse efficace et propre.

Références:
Nhat Tam Vo, Dr. Yasmina Mekmouche, Dr. Thierry Tron (Tron est un film américain réalisé par Steven Lisberger, sorti en 1982. Une suite, Tron : L'Héritage, est actuellement en préparation dans les studios Disney.), Dr. Régis Guillot, Prof. Frédéric Banse, Dr. Zakaria Halime, Dr. Marie Sircoglou, Dr. Winfried Leibl, Prof. Ally Aukauloo.
Reversible Electron Relay to Exclude Sacrificial Electron Donor in Photocatalytic Oxygen Atom Transfer Reaction with O2 in Water
Angewandte Chemie Int. Ed. - Septembre 2019
DOI: 10.1002/anie.201907337
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