Révolution en chimie : Nouveau système au manganèse pour une énergie durable !

Révolution en chimie : Nouveau système au manganèse pour une énergie durable !

Des équipes de recherche du monde entier ont réalisé des progrès significatifs dans l’imitation de la photosynthèse naturelle, et les nouveaux développements en photochimie en fournissent des preuves impressionnantes. Une équipe de Université Johannes Gutenberg de Mayence a développé un nouveau complexe métallique à base de manganèse qui révolutionne la durée de vie des états excités et ouvre de nouvelles possibilités d'applications durables.

La lumière est de plus en plus utilisée comme source d’énergie pour les réactions chimiques, mais les catalyseurs précédents reposaient souvent sur des métaux rares et coûteux comme le ruthénium, l’osmium ou l’iridium. En revanche, le manganèse est non seulement peu coûteux, mais aussi plus de 100 000 fois plus abondant que le ruthénium. Le nouveau complexe de manganèse présente également une durée de vie exceptionnelle de plus de 190 nanosecondes.

Propriétés révolutionnaires du nouveau complexe de manganèse

Le complexe de manganèse a été préparé par une simple synthèse en une étape à partir de matières premières disponibles dans le commerce. Cette synthèse combine un sel de manganèse incolore avec un ligand incolore, ce qui donne une couleur violet foncé. Cette propriété remarquable permet une forte absorption de la lumière et une efficacité d’utilisation élevée de la lumière. Le complexe peut transférer des électrons vers d’autres molécules, ce qui a été clairement démontré par la détection du produit initial de la photoréaction.

La découverte de l'équipe de recherche élargit les possibilités de la photochimie durable et a des applications potentielles dans la production d'hydrogène, un domaine critique des énergies renouvelables. L’objectif est de diviser efficacement les molécules d’eau en utilisant l’énergie solaire et de produire des sources d’énergie chimiques.

Innovation en photosynthèse artificielle

Parallèlement, les scientifiques travaillent sur Institut Max Planck pour la conversion chimique de l'énergie sur l'imitation artificielle de la photosynthèse naturelle pour développer des sources d'énergie propres. L'accent est mis sur la division de l'eau induite par la lumière, un processus qui se produit dans la nature mais qui est techniquement complexe à reproduire. L’équipe a réussi à résoudre la structure d’un complexe manganèse-calcium qui divise l’eau et produit de l’oxygène.

Le catalyseur est constitué de quatre atomes de manganèse et d’un atome de calcium, intégrés dans une protéine membranaire du photosystème II. Grâce à un cycle libérant des protons, des électrons et de l’oxygène moléculaire, cette approche pourrait conduire au développement de catalyseurs bio-inspirés rentables réduisant la dépendance aux combustibles fossiles, notamment dans le secteur des transports.

Le défi consistant à isoler et à caractériser la structure du complexe manganèse-calcium a été surmonté grâce à la spectroscopie de résonance de spin électronique (ESR) de pointe et à de nouvelles méthodes théoriques. Ces découvertes peuvent servir de modèle pour les futurs systèmes artificiels qui stockeraient l’énergie solaire sous forme d’énergie chimiquement disponible.

Signification et perspectives

Les développements sur les deux Institut Mayence ainsi que sur Institut Max Planck sont révolutionnaires. Les chercheurs travaillent à optimiser davantage les processus catalytiques, notamment l’oxydation de l’eau, qui est une réaction chimique centrale dans la photosynthèse. L’utilisation de métaux courants et peu coûteux comme le manganèse pourrait réduire considérablement les coûts de production de l’hydrogène et d’autres combustibles solaires.

La perspective d’une photosynthèse artificielle efficace, qui résoudrait plusieurs problèmes de production d’énergie et de réduction du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, devient non seulement plus réaliste, mais constitue également un pas vers une production d’énergie durable.