Le chrome remplace les métaux nobles rares et coûteux
Les métaux nobles coûteux jouent souvent un rôle essentiel dans l'éclairage des écrans ou la conversion de l'énergie solaire en carburants. Des chimistes de l'université de Bâle ont réussi à remplacer ces éléments rares par un métal nettement moins cher. En termes de propriétés, les nouveaux matériaux sont très similaires à ceux utilisés par le passé.
Les composés de chrome de pointe servent de matériaux luminescents et de catalyseurs
Universität Basel, Jo Richers
Nous connaissons le chrome pour l'avoir utilisé dans la vie de tous les jours, comme l'acier chromé dans la cuisine ou les motos chromées. Bientôt, cependant, cet élément pourrait également se retrouver dans les écrans des téléphones portables omniprésents ou être utilisé pour convertir l'énergie solaire. Des chercheurs dirigés par le professeur Oliver Wenger, du département de chimie de l'université de Bâle, ont mis au point des composés de chrome qui peuvent remplacer les métaux nobles osmium et ruthénium - deux éléments presque aussi rares que l'or ou le platine - dans les matériaux luminescents et les catalyseurs. Dans un article publié dans Nature Chemistry, l'équipe rapporte que les propriétés luminescentes des nouveaux matériaux à base de chrome sont presque aussi bonnes que celles de certains composés d'osmium utilisés jusqu'à présent. Toutefois, par rapport à l'osmium, le chrome est environ 20 000 fois plus abondant dans la croûte terrestre - et beaucoup moins cher.
Les nouveaux matériaux s'avèrent également être des catalyseurs efficaces pour les réactions photochimiques, y compris les processus déclenchés par l'exposition à la lumière, comme la photosynthèse. Les plantes utilisent ce processus pour convertir l'énergie de la lumière solaire en glucose riche en énergie et en d'autres substances qui servent de carburant pour les processus biologiques.
Si les nouveaux composés de chrome sont irradiés par une lampe rouge, l'énergie de la lumière peut être stockée dans des molécules qui peuvent alors servir de source d'énergie. "Il est également possible d'utiliser nos nouveaux matériaux dans le cadre de la photosynthèse artificielle pour produire des carburants solaires", explique M. Wenger.
Un emballage sur mesure pour le chrome
Pour faire briller les atomes de chrome et leur permettre de convertir l'énergie, les chercheurs les ont intégrés dans un cadre moléculaire organique composé de carbone, d'azote et d'hydrogène. L'équipe a conçu ce cadre organique de manière à ce qu'il soit particulièrement rigide et que les atomes de chrome soient bien emballés. Cet environnement sur mesure permet de minimiser les pertes d'énergie dues aux vibrations moléculaires indésirables et d'optimiser les propriétés luminescentes et catalytiques. L'inconvénient de ces nouveaux matériaux est que le chrome nécessite un cadre plus complexe que les métaux nobles, ce qui nécessitera des recherches supplémentaires à l'avenir.
Enchâssé dans son cadre organique rigide, le chrome s'avère beaucoup plus réactif que les métaux nobles lorsqu'il est exposé à la lumière. Cela ouvre la voie à des réactions photochimiques qui sont autrement difficiles à initier. Une application potentielle pourrait être la production d'ingrédients pharmaceutiques actifs.
Concurrence avec d'autres solutions
Pendant longtemps, la recherche de matériaux durables et rentables sans métaux nobles s'est principalement concentrée sur le fer et le cuivre. D'autres groupes de recherche ont déjà obtenu des résultats prometteurs avec ces deux éléments, et le chrome a également été incorporé dans des matériaux luminescents par le passé.
Dans de nombreux cas, cependant, les propriétés luminescentes et catalytiques de ces matériaux étaient bien inférieures à celles des matériaux contenant des métaux nobles rares et coûteux, et ne représentaient donc pas une véritable alternative. Les nouveaux matériaux à base de chrome sont différents car ils contiennent une forme de chrome particulièrement similaire aux métaux nobles, ce qui leur permet d'atteindre des efficacités luminescentes et catalytiques très proches de celles des matériaux contenant ces métaux.
"À l'heure actuelle, il est difficile de savoir quel métal finira par gagner la course en ce qui concerne les applications futures des matériaux luminescents et de la photosynthèse artificielle", explique M. Wenger. "Narayan Sinha et Christina Wegeberg ont réalisé ensemble d'importants progrès".
Ensuite, Wenger et son groupe de recherche ont pour objectif de développer leurs matériaux à plus grande échelle afin de pouvoir tester plus largement les applications potentielles. En apportant des améliorations supplémentaires, ils espèrent parvenir à émettre de la lumière dans différentes couleurs spectrales, du bleu au rouge en passant par le vert. Ils souhaitent également optimiser davantage les propriétés catalytiques afin de nous rapprocher de la conversion de la lumière solaire en énergie chimique à stocker, comme dans le cas de la photosynthèse.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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