Les approches bio-inspirées de photosynthèse artificielle jouent un rôle très important dans le cadre du développement durable de l'industrie chimique. Dans la nature, le dioxygène issu de la photosynthèse est utilisé entre autres pour oxyder des substrats organiques essentiels à la biologie et à la chimie. Dans ce contexte, les chimistes visent à reproduire cette méthode optimale : ils entendent utiliser l'énergie solaire et le dioxygène pour activer des catalyseurs qui pourront ensuite réaliser les réactions de transfert d'atomes d'oxygène nécessaires à la fabrication de substrats organiques utiles à tous les secteurs industriels.
Cependant, les méthodes actuelles nécessitent l'ajout de molécules agissant comme des « donneurs sacrificiels d'électrons », ce qui limite l'efficacité de la réaction photocatalytique. En effet, il s'agit d'une espèce chimique qui fournit des électrons mais dont la présence peut interférer dans la réaction désirée et qui conduit à des sous-produits non définis.
Dans la présente étude publiée dans la revue Angewandte Chemie International Edition, les chercheurs ont montré que l'utilisation d'un accepteur d'électron réversible, le méthylviologène (MV), très utilisé dans les études de transfert d'électron photo induit, permet de s'affranchir de cette limitation. Le MV sert de relais dans le transfert d'électron vers l'O2 et le catalyseur (complexe de fer) générant l'espèce réactive pour la catalyse désirée (schéma).
Un pas de plus vers une photocatalyse efficace et propre.
Schéma de la réaction de photocatalyse.
À l'inverse du donneur d'électron sacrificiel, l'accepteur d'électron réversible utilisé dans cette étude, le méthylviologène (MV), est une entité chimique capable d'accepter et de transférer un électron d'un photo sensibilisateur excité, ici un complexe de Ru, à un catalyseur (complexe de fer). La réaction inédite décrite ici permet par exemple de produire des aldéhydes, composés organiques utilisés en parfumerie, mais aussi pour la production de matières plastiques, solvants, colorants et médicaments. © Nhat Tam Vo / CEA-CNRS
Texte adapté du Fait Marquant publié sur le site de l'Institut de Chimie du CNRS le 16/10/19.