Sur la voie de la photosynthèse artificielle

 

Les scientifiques du Centre Helmholtz pour les matériaux et l’énergie (HZB) de Berlin étudient un catalyseur à base de manganèse permettant la conversion de la lumière en énergie chimique. Ils viennent de franchir une étape importante en définissant avec précision les différents états des électrons dans ce dispositif innovant, permettant ainsi une meilleure compréhension de la photosynthèse artificielle.

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre d’une coopération de la HZB avec le « School of Chemistry » et le « ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science » de l’Université Monash de Melbourne (Australie). L’équipe était dirigée par le professeur Emad Aziz, directeur de l’HZB et le professeur Leone Spiccia de l’Université Monash.

La transformation directe à moindre énergie de la lumière du soleil en énergie chimique répondrait grandement aux préoccupations énergétiques actuelles. Ce phénomène existe déjà dans la nature où les plantes vertes ont développé la photosynthèse : elles utilisent la lumière du soleil pour synthétiser, à partir d’eau et de dioxyde de carbone, des substances riches en énergie telles que les sucres. Cependant, les cellules végétales, (« Oxygen Evolution Centre » en anglais) au sein desquelles ces transformations ont lieu sont très complexes et très sensibles. Les scientifiques essayent par des procédés catalytiques de simuler ces processus dans des systèmes artificiels dans la perspective d’un usage commercial futur.

Au centre HZB, l’équipe scientifique s’intéresse aux catalyseurs chimiques pour le craquage de l’eau afin d’obtenir une performance similaire à celle des enzymes photosynthétiques. Ce procédé nécessite des transducteurs d’énergie, les plus performants étant des complexes de manganèse intégrés dans une matrice de Nafion, un polymère du téflon. En contact avec des composés de manganèse, le Nafion forme des nanoparticules d’oxyde de manganèse, qui catalysent l’oxydation de l’eau lorsqu’elle est exposée à la lumière, synthétisant de l’oxygène et de l’hydrogène. Ce dernier peut ensuite être filtré et stocké pour une utilisation énergétique postérieure.

Parmi les différents composés de manganèse, le complexe Mn(III) est considéré comme le plus efficace pour la formation d’oxyde de manganèse. Emad Aziz confirme ainsi ses objectifs : « nous améliorons actuellement nos méthodes afin de pouvoir étudier sur la durée les comportements énergétiques de ces nouveaux matériaux lors des réactions catalytiques ». L’objectif est d’obtenir par la chimie de synthèse une compréhension précise de ces processus et de ces matériaux pour développer des systèmes de conversion de la lumière en énergie chimique. Cette innovation pourrait être à la base d’un stockage de l’énergie solaire, respectueux de l’environnement et rentable.

Pour en savoir plus, contacts :

– « Electronic structural insights into efficient MnOx catalysts », publication de l’étude dans le Journal of Materials Chemistry A, numéro 43, 2014 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/L80te
– Contact : Prof. Dr. Emad Aziz, HZB, Institut Methods for Material Development; -Tél : +49 (0)30 8062-15003 – emad.aziz@helmholtz-berlin.de

Sources :

« Auf dem Weg zur künstlichen Photosynthese », communiqué de presse du centre Helmholtz de Berlin, 21/01/2015 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/bBazC

Rédacteurs :

Daniela Niethammer, daniela.niethammer@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr/