Photosynthèse artificielle : les chimistes imitent les plantes
Grâce à la photosynthèse artificielle, l'homme pourrait utiliser l'énergie solaire pour lier le dioxyde de carbone et produire de l'hydrogène
La photosynthèse est un processus merveilleux : les plantes l'utilisent pour produire des molécules de sucre et de l'oxygène à partir de matériaux de départ simples, le dioxyde de carbone et l'eau. Elles puisent l'énergie nécessaire à ce processus complexe dans la lumière du soleil.
Voici à quoi ressemble l'empilement de quatre colorants synthétisés à Würzburg. Il représente un pas de plus vers la photosynthèse artificielle, car il absorbe l'énergie lumineuse et la transfère rapidement et efficacement dans l'empilement
Leander Ernst / Universität Würzburg
Si l'homme pouvait imiter la photosynthèse, cela présenterait de nombreux avantages. L'énergie gratuite du soleil pourrait être utilisée pour éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère et l'utiliser pour fabriquer des hydrates de carbone et d'autres substances utiles. Il serait également possible de produire de l'hydrogène, car la photosynthèse sépare l'eau en ses composants, l'oxygène et l'hydrogène.
La photosynthèse : un processus complexe avec de nombreux participants
Il n'est donc pas étonnant que de nombreux chercheurs travaillent sur la photosynthèse artificielle. Ce n'est pas facile, car la photosynthèse est un processus extrêmement complexe : elle se déroule dans les cellules des plantes en de nombreuses étapes individuelles et fait intervenir de nombreux colorants, protéines et autres molécules. Cependant, la science ne cesse de faire de nouvelles avancées.
L'un des principaux chercheurs dans le domaine de la photosynthèse artificielle est le professeur Frank Würthner, chimiste à l'université Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, en Bavière (Allemagne). Son équipe a réussi à imiter l'une des premières étapes de la photosynthèse naturelle à l'aide d'un arrangement sophistiqué de colorants artificiels et à l'analyser plus précisément.
Les résultats ont été obtenus en collaboration avec le groupe du professeur Dongho Kim de l'université Yonsei de Séoul (Corée). Ils ont été publiés dans la revue Nature Chemistry.
Transport d'énergie rapide et efficace dans un système d'empilement
Les chercheurs ont réussi à synthétiser un empilement de colorants très similaire à l'appareil photosynthétique des cellules végétales : il absorbe l'énergie lumineuse à une extrémité, l'utilise pour séparer les porteurs de charge et les transfère étape par étape à l'autre extrémité par le biais d'un transport d'électrons. La structure se compose de quatre molécules de colorant empilées de la classe des bisimides de pérylène.
Nous pouvons déclencher spécifiquement le transport de charges dans cette structure avec de la lumière et nous l'avons analysé en détail. Il est efficace et rapide. Il s'agit d'une étape importante vers le développement de la photosynthèse artificielle", déclare Leander Ernst, doctorant à l'université JMU, qui a synthétisé la structure empilée.
Les fils supramoléculaires, objectif des travaux de recherche
L'équipe de recherche de l'université JMU souhaite ensuite étendre le nanosystème de molécules de colorant empilées de quatre à plus de composants, dans le but de créer une sorte de fil supramoléculaire qui absorbe l'énergie lumineuse et la transporte rapidement et efficacement sur de plus longues distances. Il s'agirait d'une étape supplémentaire vers de nouveaux matériaux photofonctionnels pouvant être utilisés pour la photosynthèse artificielle.
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