(Phys.org) -- En convertissant la lumière du soleil en énergie chimique, les systèmes de photosynthèse artificielle pourraient potentiellement produire des énergies renouvelables, carburants et produits chimiques non polluants pour une grande variété d'utilisations. Mais développer un processus efficace de conversion solaire en carburant s'est avéré extrêmement difficile. Bien que les chercheurs aient démontré la faisabilité de la photosynthèse artificielle, atteindre un rendement élevé s'est avéré plus difficile.

Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques du Korea Research Institute of Chemical Technology de Daejon, Corée du Sud, et Ewha Womans University à Séoul, Corée du Sud, ont démontré que le graphène peut servir de photocatalyseur efficace pour améliorer l'efficacité d'un système de photosynthèse artificielle. En tant que photocatlyste, le graphène utilise la lumière du soleil pour stimuler la réaction sans s'impliquer lui-même.

Comme l'expliquent les chercheurs, un bon photocatalyseur pour un tel système doit fonctionner dans le spectre de la lumière visible, puisque 46% de l'énergie solaire totale sur Terre se situe dans le domaine visible et seulement 4% dans le domaine UV. Des études antérieures ont expérimenté des composites graphène-semi-conducteur comme photocatalyseurs, mais les résultats ont montré que ces matériaux avaient de faibles niveaux de transfert d'électrons, ce qui a conduit à de faibles rendements.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé le graphène seul comme photocatalyseur, qu'ils ont ensuite couplés à une enzyme porphyrine. Les chercheurs ont démontré que ce matériau pouvait convertir la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en acide formique, un produit chimique utilisé dans l'industrie du plastique et comme combustible dans les piles à combustible. Les tests ont montré que le photocatalyseur à base de graphène est hautement fonctionnel dans le régime de la lumière visible, et que son efficacité globale est significativement plus élevée que les efficacités d'autres photocatalyseurs.

"Le système couplé photocatalyseur-enzyme est l'un des systèmes de photosynthèse artificielle les plus idéaux qui utilisent l'énergie solaire pour la synthèse de divers produits chimiques et carburants, », a déclaré le co-auteur Jin-Ook Baeg de l'Institut coréen de recherche en technologie chimique Phys.org . « Pour une utilisation pratique du procédé de photosynthèse artificielle photo-bioréacteur, l'une des tâches les plus difficiles est la recherche d'un matériau actif de lumière visible hautement efficace qui agit comme un photocatalyseur dans le système de régénération du NADH et déclenche la production enzymatique de produits chimiques solaires/carburant solaire à partir de CO 2 . Comme un pas vers cet objectif, nous rapportons la synthèse d'un nouveau matériau actif de lumière visible à base de graphène en tant que photocatalyseur du système photo-bioréacteur pour une production photosynthétique artificielle efficace d'acide formique à partir de CO 2 . "

Pour comprendre les origines de l'activité photocatalytique renforcée, les chercheurs ont examiné le photocatalyseur par spectroscopie, Les analyses thermiques, et techniques de microscopie. Ils ont constaté que le matériau a de bonnes capacités de transfert d'électrons, et la grande surface du graphène aide à accélérer les réactions chimiques dans le processus de conversion.

La capacité de produire du carburant solaire directement à partir du CO 2 a des applications non seulement pour les piles à combustible et les plastiques, mais aussi dans l'industrie pharmaceutique.

« En tant que l'un des grands avantages pratiques du système, il peut également être utilisé pour la production de produits chimiques fins sur mesure à l'aide de l'énergie lumineuse solaire, », a déclaré Baeg. "Par exemple, Les dérivés chiraux de 2-amino-1-aryléthanol sont un intermédiaire très important de nombreux types de médicaments chiraux très coûteux. Il peut être facilement synthétisé par notre système de photosynthèse artificielle couplé photocatalyseur-enzyme en utilisant simplement l'énergie de la lumière solaire. Nous menons actuellement des recherches pour développer le système de photosynthèse artificielle couplé photocatalyseur-enzyme pour des produits chimiques solaires chiraux sur mesure. Les résultats seront publiés prochainement. Par conséquent, cet article montre non seulement un exemple de référence du matériau à base de graphène utilisé comme photocatalyseur dans la photosynthèse artificielle générale, mais aussi l'exemple de référence du système de production sélective de chimie solaire/carburant solaire directement à partir de CO 2 . "

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