La chimie de la photosynthèse est encore mal comprise. Cependant, Des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) en Allemagne et de l'Université Rice à Houston ont maintenant découvert une pièce majeure du puzzle. Leurs conclusions ont été publiées récemment dans Avancées scientifiques .

Des arbres, les buissons et autres plantes sont extrêmement efficaces pour convertir l'eau et le dioxyde de carbone en oxygène et en glucose, un type de sucre, grâce à la photosynthèse. Connaître les mécanismes physiques fondamentaux impliqués et les exploiter pour d'autres applications générales offrirait d'énormes avantages pour l'humanité. L'énergie de la lumière du soleil pourrait être utilisée pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau comme carburant pour les automobiles, par exemple. L'utilisation de processus dirigés par la lumière comme ceux impliqués dans la photosynthèse dans les réactions chimiques est appelée photocatalyse.

Plasmons :électrons oscillant en synchronie

Les scientifiques utilisent couramment des nanoparticules métalliques pour capturer et exploiter la lumière pour les processus chimiques. L'exposition de nanoparticules à la lumière en photocatalyse forme des plasmons. Les plasmons sont des oscillations collectives d'électrons libres dans le matériau. "Les plasmons agissent comme des antennes pour la lumière visible, " a expliqué le professeur Carsten Sönnichsen de l'université de Mayence. Cependant, les processus physiques impliqués dans la photocatalyse impliquant de telles nano-antennes doivent encore être compris en détail. Les équipes de JGU et de Rice University ont désormais fait la lumière sur cette énigme.

L'étudiant diplômé Benjamin Förster et son superviseur Carsten Sönnichsen ont étudié ce processus de manière plus approfondie. Förster s'est principalement concentré sur la détermination de la manière dont les plasmons illuminés réfléchissent la lumière et à quelle intensité. Sa technique employait deux isomères thiols très particuliers, molécules dont les structures sont disposées comme une cage d'atomes de carbone. Dans la structure en forme de cage des molécules se trouvent deux atomes de bore. En modifiant les positions des atomes de bore dans les deux isomères, les chercheurs ont pu faire varier les moments dipolaires, en d'autres termes, la séparation spatiale des charges sur les cages.

Cela a conduit à une découverte intéressante :s'ils appliquaient les deux types de cages à la surface de nanoparticules métalliques et de plasmons excités à l'aide de la lumière, les plasmons réfléchissaient différentes quantités de lumière selon la cage qui se trouvait actuellement à la surface. En bref, la nature chimique des molécules situées à la surface des nanoparticules d'or a influencé la résonance locale des plasmons car les molécules modifient également la structure électronique des nanoparticules d'or.