Posté par Adrien le Mercredi 08/07/2020 à 09:00

Photosynthèse artificielle: enfin une réaction efficace en laboratoire

Inspiré de la photosynthèse, le photo-splitting de l’eau est la réaction qui utilise l’énergie solaire pour transformer les molécules d’eau en dioxygène (O2) et en dihydrogène (H2). Cette recherche est pénalisée par des matériaux onéreux et peu abondants, des faibles rendements et la production d’un mélange gazeux de H2 et O2 difficile à séparer.

Des chimistes de l’I2BC (CNRS/CEA/Université Paris Saclay), de l’ICP (CNRS/Université Paris Saclay) et de l’ICMMO (CNRS/Université Paris Saclay) ont mis au point un matériau carboné sous forme de nanostructures de polymère conjugué qui est capable de reproduire cette réaction efficacement sous éclairement et l’hydrogène est stocké sur un composé organique. Ces travaux sont publiés dans la catégorie hot article de la revue Chemical Science.

Photosystème II et nano-PDPB. © droits réservés

Le photo-splitting de l’eau consiste à décomposer l’eau (H2O) utilisant l’énergie de la lumière en dioxygène (O2) et en dihydrogène (H2), pour des applications liées aux énergies renouvelables. Des matériaux semiconducteurs à base d’oxyde métalliques existent depuis des décennies, capables de réaliser dans la majorité des cas seulement une des deux réactions, à savoir l’oxydation de l’eau (libération de O2) ou la production de H2 avec de faibles rendements. De plus, ces matériaux sont chers et éventuellement, libèrent en même temps le dioxygène et le dihydrogène, un mélange délicat à manier.

Des chercheurs de l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC, CNRS/CEA/Université Paris Saclay), de l’Institut de Chimie Physique (ICP, CNRS/Université Paris Saclay) et de l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (ICMMO, CNRS/Université Paris Saclay) ont découvert un nouveau matériau carbonné capable de réaliser le photo splitting de l’eau de façon plus efficace tout en stockant le H2.

L’équipe s’est inspirée du fonctionnement de l’enzyme Photosystème II de l’appareil photosynthétique. Pendant l’oxydation de l’eau, les plantes stockent les électrons et les protons libérés sur des quinones, des petites molécules qui deviennent alors des quinols. Ici, les scientifiques utilisent de nanopolymères semiconducteurs carbonnés, qui sous éclairement créent des charges électriques qui permettent l’oxydation de l’eau libérant le dioxygène. De manière surprenante, les électrons et protons émis sont stockés sur le nanomatériau.

Les chercheurs indiquent que le matériau fonctionne aussi bien sans avoir à distiller l’eau. Outre leur intérêt pour la production d’hydrogène comme vecteur d’énergie, ces travaux éclairent la voie vers le couplage de photo-splitting de l’eau avec la réduction de dioxyde de carbone, une voie prometteuse pour la valorisation et le stockage du CO2.

Référence:
Visible light-driven simultaneous water oxidation and quinone reduction by nano-structured conjugated polymer without cocatalysts
Jully Patel, Xiaojiao Yuan, Stéphanie Mendes Marinho, Winfried Leibl, Hynd Remita & Ally Aukauloo.
Chem. Sci., 2020.
DOI: 10.1039/D0SC02122A
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