Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay
Engl

Laboratoire de Chimie Inorganique - LCI

Photosynthèse Artificielle

Ally Aukauloo, Marie Sircoglou
Stéphanie Cherdo (Ph.D. candidate), Christian Herrero (post-doc), Allison Tebo (visiting Ph.D. student)


La Photosynthèse Artificielle

Convertir l’Energie lumineuse en Energie “utile” ? la Nature sait le faire en transformant le dioxyde de carbone et l’eau en carburant organique et en dioxygène grâce au processus de Photosynthèse. Réaliser de telles réactions à l’échelle du laboratoire est toutefois un challenge. Pour le relever, nous développons des complexes moléculaires, capables de reproduire les étapes clés du processus de Photosynthèse Naturelle c’est-à dire de réaliser ce que l’on appelle la Photosynthèse Artificielle.

Un secret bien gardé!

Au cours de la photosynthèse, l’absorption de la lumière déclenche une série de processus énérgétiques et électroniques qui conduisent à l’oxydation de l’eau (1) afin de produire les électrons nécessaires à la réduction du CO2 en glucides (2), ou à la réduction de protons en H2 (3):

(1) 2 H2O + 4 hν → O2 + 4 H+ + 4 e-
(2) n CO2 + 2n e- + 2n H+ → (CH2O)n + n/2 O2
(3) 2 H+ + 2 e-→ H2

Le Photosystème II est l’enzyme responsable de la photo-oxydation de l’eau. Elle se compose de 2 parties:

  • un système photochimique à séparation de charges constitué d’un réducteur et d’un oxydant fort positionnés de part et d’autre d’une membrane
  • un système catalytique (Complexe permettant la synthèse de dioxygène appelé Oxygen Evolving Complex) dans lequel le pouvoir oxydant est accumulé dans un cluster d’ions magnesium de haute valence

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Vers un assemblage moléculaire pour la photo-oxydation artificielle de l’eau.

Un système moléculaire conçu pour mimer la série de réactions conduisant à l’oxydation de l’eau doit permettre l’absorption de la lumière visible de façon efficace et la conversion de cette énergie en potentiel chimique via un processus d’accumulation de charge. L’énergie accumulée doit à son tour pouvoir être transférée par le biais de réactions chimiques catalytiques à un “carburant” au sein duquel elle sera stockée sous forme de liaisons chimiques. Par conséquent, ce système doit être constitué d’une unité photo-active (PU) et d’une unité catalytique (CU) connectées par un relai électronique (ER). Ce dernier est en principe nécessaire pour synchroniser les processus photochimiques rapides comme les transferts d’électrons ou de protons, avec les processus plus lents que sont les étapes de formation/rupture de liaisons qui interviennent au cours des réactions chimiques. De façon encore plus élaborée, le greffage de ces dispositifs PU-ER-CU sur surfaces permettrait d’accroitre la vitesse des transferts électroniques photo-induits, et surtout, de récupérer les  protons et les électrons produits par ce oxydato de l’eau pour synthétiser un carburant.

 

Thème 1 : Mimes de l’unité catalytique du Photosystème II


Thème 2 : Assemblages Unité photo-active – Relai électronique


Thème 3 : Photo-oxydation de substrats organiques par l’eau


Thème 4 : Catalyseurs métalliques moléculaires pour la production d’hydrogène


 

 

 

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