(PhysOrg.com) -- Nos tentatives d'utilisation de l'énergie solaire continuent d'être très inefficaces; les vrais maîtres de cet artisanat sont les plantes photosynthétiques, algues, et les bactéries. La science essaie d'imiter ces organismes.
Igor Nabiev du centre de recherche NanoGUNE de San Sebastian (Espagne), Alexander O. Govorov de l'Université de l'Ohio (États-Unis), John Donegan du CRANN, Trinity College Dublin (Irlande), et une équipe d'espagnols, Irlandais, Français, et les scientifiques russes ont maintenant développé une nouvelle approche pour augmenter l'efficacité lumineuse. Comme ils le rapportent dans le journal Angewandte Chemie, ils ont équipé avec succès le centre photosynthétique d'une bactérie violette avec une « antenne de récolte de lumière » constituée d'un point quantique – un nanocristal inorganique.
Dans les organismes, la première étape de la photosynthèse est l'absorption de la lumière par une antenne, un complexe de protéines et de pigments qui est amené dans un état électroniquement excité par l'énergie lumineuse. Le paquet d'énergie peut ensuite être transmis à des cofacteurs chlorophylliens spéciaux dans le centre de réaction de l'appareil photosynthétique. Là, l'énergie est finalement utilisée pour produire des réserves d'énergie cellulaire telles que l'ATP. La transmission des paquets d'énergie se produit par un processus spécial sans rayonnement appelé transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET), dans lequel les états électroniques de l'émetteur et du récepteur des paquets d'énergie doivent être mis en résonance.
Les systèmes photosynthétiques artificiels nécessitent également une antenne pour la récolte efficace de la lumière. L'antenne doit également être capable de faire passer les paquets d'énergie à travers le FRET. Les antennes synthétiques précédentes étaient des molécules de colorant organique, qui ont l'inconvénient de capter une trop petite plage de longueurs d'onde de la lumière solaire. Par ailleurs, ils ne sont pas stables sous irradiation à long terme. La nouvelle idée dans ce cas était de remplacer les molécules organiques par des points quantiques inorganiques fluorescents comme antennes. Les points quantiques sont des cristaux nanoscopiques si petits qu'ils se comportent à bien des égards comme des molécules plutôt que comme des objets solides macroscopiques. Les propriétés électroniques et optiques des points quantiques, y compris les longueurs d'onde qu'ils absorbent, peut en grande partie être fabriqué sur commande, car ils dépendent de la taille, forme, et la composition du point.
Les chercheurs ont choisi d'utiliser des points quantiques constitués de tellurure de cadmium et de séléniure de cadmium, qui sont fluorescentes sous irradiation tout en restant stables à long terme. La taille et la composition de la surface ont été choisies de manière à pouvoir absorber une gamme particulièrement large d'ensoleillement.
Les chercheurs ont pu coupler l'antenne à points quantiques à un centre de réaction du système photosynthétique d'une bactérie violette. Sous irradiation, les points quantiques ne sont alors plus fluorescents; au lieu de cela, ils transmettent l'énergie absorbée au centre de réaction par FRET. Cette nouvelle approche pourrait ouvrir la voie à de nouveaux systèmes photosynthétiques synthétiques.
