La lumière pour scinder l’eau grâce à des nanoparticules de polymère

Depuis des décennies, la science cherche à imiter la photosynthèse naturelle pour produire de l’énergie en utilisant la lumière du soleil. Une approche consiste à utiliser la lumière pour scinder l’eau en oxygène et hydrogène, un carburant propre. La majorité des matériaux synthétiques capables d’opérer cette transformation étaient jusqu’ici des semi-conducteurs inorganiques, comme le dioxyde de titane. Leur utilisation à grande échelle reste cependant limitée par leur coût élevé et leur faible rendement en lumière visible. C’est dans ce contexte que les matériaux organiques, plus abondants et moins coûteux, attirent l’attention des scientifiques.

Une équipe de l’Institut de chimie physique et de l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (CNRS/Université Paris-Saclay), en étroite collaboration avec l’Institut rayonnement-matière de Saclay (CEA), l’Institut de biologie intégrative de la cellule (CNRS/CEA/Université Paris-Saclay) et l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (CNRS-Université de Strasbourg), a mis au point des nanoparticules d’un polymère organique qui présentent des propriétés attractives pour scinder l’eau en utilisant la lumière du soleil. Ces nanoparticules constituées de polypyrrole ont été formées par irradiation à haute énergie d’une solution aqueuse de pyrrole, le monomère. Ce processus génère un polymère semi-conducteur aux propriétés parfaitement adaptées à l’absorption de la lumière visible. Lorsqu’elles sont éclairées, ces particules de polypyrrole catalysent l’oxydation de l’eau pour produire de l’oxygène et, dans certaines conditions, du peroxyde d’hydrogène, un composé précieux pour diverses applications industrielles.

Au-delà de leur efficacité, ces nanoparticules se distinguent par leur simplicité de fabrication, sans nécessiter de métaux rares ou coûteux. Reste cependant quelques verrous à lever: si l’oxygène est produit efficacement, la génération d’hydrogène, essentielle pour les applications énergétiques, demeure à ce stade limitée par des contraintes cinétiques. En optimisant leur conception, ces catalyseurs organiques pourraient aider à former de façon durable un carburant propre à partir d’eau et de lumière du soleil. De quoi relever les défis énergétiques et climatiques de demain.

Rédacteur : AVR