Une équipe de chimistes de l'Université du Kentucky et de l'Institute of Physics Research de Mar del Plata en Argentine vient de rapporter un moyen de déclencher une étape fondamentale dans le mécanisme de la photosynthèse, fournissant un processus avec un grand potentiel pour développer de nouvelles technologies pour réduire les niveaux de dioxyde de carbone.

Dirigé par Marcelo Guzman, un professeur agrégé de chimie> au Collège des Arts et des Sciences du Royaume-Uni, et Ruixin Zhou, un doctorant travaillant avec Guzman, les chercheurs ont utilisé un nanomatériau synthétique qui combine le pouvoir hautement réducteur de l'oxyde cuivreux (Cu 2 O) avec un revêtement de dioxyde de titane oxydant (TiO 2 ) qui empêche la perte de l'ion cuivre (I) dans le catalyseur. Le catalyseur en Cu 2 O/TiO 2 a la capacité unique de transférer des électrons pour réduire le gaz à effet de serre atmosphérique dioxyde de carbone (CO 2 ) en cassant simultanément la molécule d'eau (H 2 O). La caractéristique unique de ce catalyseur pour le transfert d'électrons imite le mécanisme dit du "schéma Z" de la photosynthèse.

Publié dans Catalyse appliquée B :Environnement , les chercheurs ont démontré que si le catalyseur est exposé à la lumière du soleil, les électrons sont transférés au CO 2 dans un processus qui ressemble à la façon dont les photosystèmes 1 et 2 fonctionnent dans la nature.

"Développer les matériaux qui peuvent être combinés pour réduire le CO 2 à travers un mécanisme de schéma Z direct avec la lumière du soleil est un problème important, " dit Zhou. " Cependant, il est encore plus difficile de démontrer que le processus fonctionne réellement. De ce point de vue scientifique, la recherche contribue à faire progresser la technologie des fonctionnalités pour la séquestration du carbone. »

C'est une tâche que de nombreux scientifiques poursuivent depuis longtemps, mais le défi consiste à prouver que les deux composants du catalyseur interagissent pour activer les propriétés électroniques d'un mécanisme de schéma en Z. Bien que divers matériaux puissent être utilisés, l'aspect clé de cette recherche est que le catalyseur n'est pas constitué d'éléments rares et très coûteux tels que le rhénium et l'iridium pour conduire les réactions avec l'énergie solaire atteignant la surface de la Terre. Le catalyseur utilisé TiO résistant à la corrosion 2 appliquer une couche protectrice blanche sur des particules octaédriques de Cu rouge 2 O.

L'équipe a conçu une série d'expériences pour tester l'hypothèse selon laquelle le catalyseur fonctionne selon un schéma en Z au lieu d'utiliser un mécanisme de transfert de charge double. La production mesurée de monoxyde de carbone (CO) à partir de CO 2 réduction, l'identification du radical hydroxyle (HO ^• ) intermédiaire de H 2 O oxydation en route pour former de l'oxygène (O 2 ), et les propriétés électroniques et optiques caractérisées du catalyseur et des composants individuels ont vérifié que le schéma en Z proposé était opérationnel.

Le prochain objectif de la recherche est d'améliorer l'approche en explorant une série de catalyseurs différents et d'identifier le plus efficace pour transformer le CO 2 en combustibles chimiques comme le méthane. Par ici, une nouvelle technologie sera créée pour fournir des sources d'énergie alternatives propres et abordables et pour résoudre le problème de la consommation continue de combustibles fossiles et des niveaux croissants de gaz à effet de serre.

Cette recherche a été financée en partie par la National Science Foundation des États-Unis, Royaume-Uni et par deux agences argentines (CONICET et ANPCyT).