À la recherche de nouvelles solutions pour récolter et stocker plus efficacement l'énergie solaire, des scientifiques des États-Unis et de la Chine ont synthétisé un nouveau catalyseur à deux atomes pour servir de plate-forme à la photosynthèse artificielle, l'équipe a rapporté aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

L'équipe a développé un catalyseur à l'iridium avec seulement deux centres métalliques actifs. Plus important encore, les expériences ont révélé que le catalyseur était une structure bien définie, capable de servir de plate-forme productive pour de futures recherches sur la synthèse de combustible solaire.

« Nos recherches portent sur la technologie de stockage direct de l'énergie solaire, " a déclaré Dunwei Wang, professeur agrégé de chimie au Boston College, un auteur principal du rapport. "Il répond au défi critique que l'énergie solaire est intermittente. Il le fait en captant directement l'énergie solaire et en stockant l'énergie dans des liaisons chimiques, similaire à la façon dont la photosynthèse est effectuée, mais avec une efficacité plus élevée et un coût inférieur."

Les chercheurs ont passé un temps considérable sur les catalyseurs à un seul atome (SAC) et ont rarement exploré un "catalyseur à dispersion atomique" comportant deux atomes. Dans un article intitulé "Stable iridium dinuclear heterogeneous catalyseurs supportés sur un substrat d'oxyde métallique pour l'oxydation solaire de l'eau, " l'équipe rapporte la synthèse d'un catalyseur hétérogène dinucléaire d'iridium d'une manière photochimique facile. Le catalyseur montre une stabilité exceptionnelle et une activité élevée vis-à-vis de l'oxydation de l'eau, un processus essentiel dans la photosynthèse naturelle et artificielle.

Les chercheurs concentrés sur cet aspect de la catalyse rencontrent des défis particuliers dans le développement de catalyseurs hétérogènes, qui sont largement utilisés dans les transformations chimiques industrielles à grande échelle. Les catalyseurs hétérogènes les plus actifs sont souvent mal définis dans leurs structures atomiques, ce qui rend difficile l'évaluation des mécanismes détaillés au niveau moléculaire.

L'équipe a pu tirer parti des nouvelles techniques d'évaluation des catalyseurs à un seul atome et développer une plate-forme matérielle pour étudier des réactions importantes et complexes qui nécessiteraient plus d'un site actif.

Wang a déclaré que l'équipe de chercheurs avait entrepris de déterminer "quelle pourrait être la plus petite unité de catalyseur hétérogène active et la plus durable pour l'oxydation de l'eau. Auparavant, les chercheurs ont posé cette question et n'ont trouvé la réponse que dans des catalyseurs homogènes, dont la durabilité était médiocre. Pour la première fois, nous avons un aperçu du potentiel des catalyseurs hétérogènes dans la production et le stockage d'énergie propre."

L'équipe a également effectué des expériences de rayons X à la source de lumière avancée du Lawrence Berkeley National Laboratory qui ont aidé à déterminer la structure du catalyseur à l'iridium. Ils ont utilisé deux techniques :la structure fine d'absorption des rayons X (EXAFS) et la structure proche des bords d'absorption des rayons X (XANES) dans leurs mesures. Ces expériences fournissent des preuves essentielles pour mieux comprendre le nouveau catalyseur.

Wang a déclaré que l'équipe était surprise par la simplicité et la durabilité du catalyseur, combiné avec la haute activité vers la réaction désirée d'oxydation de l'eau.

Wang a déclaré que les prochaines étapes de la recherche incluent une optimisation supplémentaire du catalyseur pour une utilisation pratique et un examen des domaines où le catalyseur peut être appliqué à de nouvelles transformations chimiques.