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Des équipes de recherche de l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay), de l'Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay) et de l'Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (CNRS/CEA Paris-Saclay, Université Paris-Saclay) ont observé la manière dont les charges électriques s'accumulent au sein d'un système moléculaire. Ces travaux publiés dans Angewandte Chemie International Edition représentent une contribution décisive à la photosynthèse artificielle, notamment pour la conversion de l'énergie solaire en fuel.
Énergies et constantes de vitesse des de l'accumulation séquentielle de deux électrons au sein de la dyade Ru-NDI.
©Aukauloo
La photosynthèse est un processus très efficace chez les plantes, qui leur permet de synthétiser de la matière organique en utilisant l'énergie solaire. Recueillir l'énergie solaire renouvelable d'une manière aussi optimale serait profitable à notre société. Issu d'une rencontre entre physiciens et chimistes, un consortium de trois équipes de recherche développe, par biomimétisme, des dispositifs artificiels pour la conversion de l'énergie solaire en fuel, une énergie chimique facilement transportable et stockable.
Dans la nature, une feuille contient l'enzyme qui, suite à l'absorption de 4 photons successifs, libère 4 électrons utilisés ensuite dans une réaction d'oxydoréduction pour produire des biomolécules à partir d'eau et de dioxyde de carbone CO2. Un des défis de la photosynthèse artificielle consiste à mimer la nature. Comment ? En réalisant plusieurs cycles photo-induits de séparations de charges au sein d'un système moléculaire, chaque cycle libérant un unique électron, afin de récupérer les 4 électrons nécessaires. Jusqu'ici, les scientifiques ne connaissaient en détails que l'échange du premier électron.
Des équipes de l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay), de l'Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay) et de l'Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (CNRS/CEA Paris-Saclay, Université Paris-Saclay) ont franchi une étape supplémentaire en suivant les événements induits par l'absorption du deuxième, fournissant le deuxième électron. Cette détection directe et sans équivoque, sur une base spectroscopique, est une première dans une dyade moléculaire. Les chercheurs ont pu mettre en évidence une durée de vie de 0.2 ms pour l'état à double transfert de charge, valeur exceptionnellement longue dans ces systèmes moléculaires, stockant ainsi une énergie de 1.1 eV. Ces expériences avec excitations séquentielles sont résolues en temps et ont aussi donné accès à tous les processus de relaxation en compétition (transfert de charge inverse, FRET, désexcitation non-radiative, etc.) Élucider de tels processus intramoléculaires et/ou intermoléculaires est un prérequis incontournable dans la mise au point de systèmes photocatalytiques pour la conversion de l'énergie solaire en fuel.
Références publication:
Stéphanie Mendes Marinho, Minh-Huong Ha-Thi, Van-Thai Pham, Annamaria Quaranta, Thomas Pino, Christophe Lefumeux, Thierry Chamaillé, Winfried Leibl, Ally Aukauloo
Time-resolved interception of multiple charge accumulation in a sensitizer-acceptor dyad.
Angewandte Chemie International Edition – Octobre 2017
DOI: 10.1002/anie.201706564
Contacts chercheurs:
- Minh-Huong Ha-Thi, ISMO UMR 8214, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay
- Annamaria Quaranta, I2BC UMR 9198, CEA, Université Paris-Saclay
- Ally Aukauloo, ICMMO UMR 8182, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay
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