Une équipe de recherche de l'Université de Bâle, en Suisse, a développé une nouvelle molécule modélisée sur la photosynthèse des plantes: sous l'influence de la lumière, il stocke deux charges positives et deux négatives en même temps. L'objectif est de convertir la lumière du soleil en combustibles neutres en carbone.
Les plantes utilisent l'énergie de la lumière du soleil pour convertir CO2 en molécules de sucre riche en énergie. Ce processus est appelé photosynthèse et est le fondement de pratiquement toute la vie: les animaux et les humains peuvent « brûler » les glucides produits de cette manière et utiliser l'énergie stockée en eux. Cela produit une fois de plus de dioxyde de carbone, fermant le cycle.
Ce modèle pourrait également être la clé des carburants respectueux de l'environnement, car les chercheurs travaillent à l'imitation de la photosynthèse naturelle et à l'utilisation du soleil pour produire des composés à haute énergie: des combustibles solaires tels que l'hydrogène, le méthanol et l'essence synthétique. S'ils étaient brûlés, ils ne produiraient que du dioxyde de carbone que nécessaire pour produire les carburants. En d'autres termes, ils seraient neutres en carbone.
Une molécule avec une structure spéciale
Dans le journal Chimie de la natureLe professeur Oliver Wenger et son doctorant Mathis Brändlin ont maintenant rendu compte d'une étape provisoire importante vers la réalisation de cette vision de la photosynthèse artificielle: ils ont développé une molécule spéciale qui peut stocker quatre charges simultanément sous une irradiation légère – deux positives et deux négatives.
Le stockage intermédiaire de charges multiples est une condition préalable importante pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique: les charges peuvent être utilisées pour entraîner des réactions – par exemple pour diviser l'eau en hydrogène et en oxygène.
La molécule se compose de cinq parties liées dans une série et qui effectue chacune une tâche spécifique. Un côté de la molécule a deux parties qui libèrent des électrons et sont chargés positivement dans le processus. Deux de l'autre côté ramassent les électrons, ce qui les fait charger négativement. Au milieu, les chimistes ont placé un composant qui capture la lumière du soleil et commence la réaction (transfert d'électrons).
Deux étapes utilisant la lumière
Afin de générer les quatre charges, les chercheurs ont adopté une approche par étapes en utilisant deux flashs de lumière. Le premier flash de lumière frappe la molécule et déclenche une réaction dans laquelle une charge positive et négative est générée. Ces charges se déplacent vers l'extérieur vers les extrémités opposées de la molécule.
Avec le deuxième flash de lumière, la même réaction se produit à nouveau, de sorte que la molécule contient ensuite deux charges positives et deux négatives.
Fonctionne dans une faible lumière
« Cette excitation par étapes permet d'utiliser une lumière considérablement plus sombre. En conséquence, nous nous déplaçons déjà près de l'intensité de la lumière du soleil », explique Brändlin. Des recherches antérieures ont nécessité une lumière laser extrêmement forte, qui était loin de la vision de la photosynthèse artificielle. « De plus, les charges dans la molécule restent stables suffisamment longtemps pour être utilisées pour d'autres réactions chimiques. »
Cela étant dit, la nouvelle molécule n'a pas encore créé de système de photosynthèse artificiel fonctionnel. « Mais nous avons identifié et mis en œuvre une pièce importante du puzzle », explique Oliver Wenger.
Les nouvelles résultats de l'étude aident à améliorer notre compréhension des transferts d'électrons qui sont au cœur de la photosynthèse artificielle.
« Nous espérons que cela nous aidera à contribuer à de nouvelles perspectives pour un avenir énergétique durable », explique Wenger.
