Le cercle rouge (H2) représente une anode de pile à combustible modelée d'après l'hydrogénase, une électrode où les électrons (e-) s'écoulent vers un circuit externe. Le cercle vert (H2O) montre une anode de cellule solaire modelée après la photosynthèse (photosystème II). Le cercle bleu (O2) représente une cathode commune modelée après la respiration (cytochrome c oxydase), une électrode où les électrons s'écoulent d'un circuit externe. Crédit :Université de Kyushu
La nature est assez bonne pour faire certains types de chimie. Par exemple, l'eau est transformée en continu en ses constituants, oxygène, protons, et des électrons, et inversement comme moyen de stocker et d'utiliser l'énergie des plantes et des animaux. Les technologies basées sur les voies chimiques naturelles pourraient aider à répondre aux besoins énergétiques croissants de l'humanité. Des enzymes spécialisées présentes dans les cellules végétales et animales pour certaines réactions chimiques ont inspiré les chimistes à essayer de reproduire des processus naturels dans les cellules solaires artificielles et les piles à combustible.
Maintenant, des chercheurs basés à l'université de Kyushu ont développé un catalyseur unique capable d'agir à la fois comme une pile à combustible qui consomme de l'hydrogène pour libérer de l'énergie et un système photosynthétique capable de fabriquer de l'oxygène à l'aide de l'énergie solaire. Le groupe a récemment rendu compte de ses conclusions dans ChemCatChem .
"Les gens ont déjà essayé de reproduire artificiellement le comportement de l'hydrogénase et du photosystème II, ", déclare l'auteur correspondant, le professeur Seiji Ogo de l'Université de Kyushu. "Mais la nôtre est la première étude à combiner ces deux fonctions biologiques très spécifiques en un seul système catalytique qui peut faire les deux."
L'hydrogénase est une enzyme présente dans les organismes qui agit comme une pile à combustible naturelle, consommer de l'hydrogène pour produire de l'énergie. Le photosystème II permet aux plantes de transformer l'eau en oxygène sous la lumière du soleil. Ces deux processus impliquent des oxydations, où les molécules d'hydrogène ou d'eau cèdent une partie de leurs électrons.
Les chercheurs ont synthétisé un catalyseur contenant le métal iridium, qui est capable d'accepter et de libérer un certain nombre d'électrons. Ils ont montré que dans une pile à combustible, leur catalyseur produisait de l'électricité en acceptant des électrons de l'hydrogène. Changer les matériaux de support dans le catalyseur pourrait générer de l'énergie à partir de la lumière du soleil à travers un cycle impliquant l'oxydation de l'eau.
Les chercheurs ont réussi à isoler le produit chimique et à utiliser la diffraction des rayons X pour fournir de nouvelles informations sur sa structure et son comportement en tant que catalyseur pour la première fois. L'auteur correspondant, le professeur Seiji Ogo, déclare :"La puissance de sortie de notre système est encore assez faible pour toutes les applications pratiques, mais ce travail représente une démonstration unique de deux types différents de processus de génération d'énergie à partir d'un seul catalyseur. Nous espérons que ces découvertes montreront que les chimistes ont encore beaucoup à apprendre des processus naturels."
