Des scientifiques dirigés par un chercheur en chimie de l'Université d'État de l'Oregon se rapprochent d'un nouvel outil pour résoudre le problème mondial des eaux souterraines contaminées par les désherbants.
Kyriakos Stylianou de l'OSU College of Science a dirigé une équipe internationale qui a identifié un matériau connu sous le nom de structure métallo-organique, ou MOF, qui a montré sa capacité à éliminer complètement, et également à décomposer, l'herbicide glyphosate souvent utilisé.
Le MOF, l'un des quatre testés dans le cadre d'une collaboration entre des scientifiques de l'État de l'Oregon et de l'Université de Tiangong en Chine, est basé sur le scandium, de symbole chimique Sc, et un lieur carboxylate, TBAPy.
"Lorsqu'il est exposé à la lumière pendant seulement cinq minutes, le Sc-TBAPy élimine 100 % du glyphosate présent dans l'eau", a déclaré Stylianou. "En plus de son adsorption plus rapide et de sa photodégradation plus efficace du glyphosate par rapport aux trois autres MOF TBAPy que nous avons examinés, il a également dégradé le glyphosate sans produire d'acide toxique, contrairement aux trois autres."
Les résultats ont été publiés dans Nature Communications .
Les MOF de cette expérience reposent sur la photocatalyse. Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans subir elle-même de changement chimique permanent, et les photocatalyseurs sont des matériaux qui absorbent la lumière pour atteindre un niveau d'énergie plus élevé et peuvent utiliser cette énergie pour décomposer les contaminants organiques par oxydation.
Parmi les nombreuses applications des photocatalyseurs figurent les revêtements autonettoyants pour les murs, sols, plafonds et meubles résistants aux taches et aux odeurs.
Constitués d’ions métalliques chargés positivement entourés de molécules de liaison organiques, les MOF sont des matériaux cristallins et poreux dotés de propriétés structurelles réglables et de pores de taille nanométrique. Ils peuvent être conçus avec une variété de composants qui déterminent les propriétés du MOF.
Le glyphosate, également connu sous le nom de N-phosphonométhylglycine ou PMG, a été largement pulvérisé sur les champs agricoles au cours des 50 dernières années, depuis son apparition sur le marché sous le nom commercial Roundup.
"Le glyphosate et d'autres herbicides sont couramment utilisés pour protéger les fermes des infestations de mauvaises herbes, mais la persistance du glyphosate dans l'environnement a été associée à des effets potentiels sur la santé de divers organismes vivants, y compris les humains", a déclaré Stylianou.
"Seulement un petit pourcentage de la quantité totale de PMG appliquée est absorbé par les cultures, et les herbicides qui s'infiltrent dans les canaux d'eau sont l'une des principales causes de pollution de l'eau. Cela signifie qu'il est crucial de proposer des technologies et des matériaux innovants pour lutter contre ce problème."
Pour découvrir les capacités de remédiation PMG de Sc-TBAPy, le laboratoire de Stylianou a collaboré avec des groupes dirigés par Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong et Hongliang Huang de l'Université de Tiangong. Stylianou a déclaré que ses collaborateurs ont fourni des informations clés sur les propriétés d'adsorption et l'activité photocatalytique du MOF.
Un certain nombre d'étudiants diplômés de l'État de l'Oregon ont également joué un rôle important dans l'étude, a déclaré Stylianou. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard et Emmanuel Musa ont dirigé toutes les expériences et tests de catalyse, Logan Lancaster a étudié les propriétés optiques des matériaux étudiés et Clara Wheeler a examiné informatiquement leurs propriétés électroniques.
Taylor Krueger, chercheur postdoctoral à l'OSU, Cheng Chen, associé de recherche, et Trenton Gallagher et Makenzie Nord, étudiants diplômés, ont également participé à l'étude.
Plus d'informations : Chiu, NC, et al. Élucidation du rôle des métaux dans l'adsorption et la photodégradation des herbicides par des charpentes métallo-organiques. Communications naturelles (2024). DOI :10.1038/s41467-024-45546-y
Fourni par l'Université d'État de l'Oregon
