Gary Moore et ses collègues décrivent l’utilisation de molécules en forme d’anneau appelées porphyrines, que l’on voit sur ce graphique. Ces molécules, qui comptent parmi les pigments les plus abondants dans la nature, sont connues pour leur capacité à accélérer ou à catalyser les réactions chimiques, y compris les réactions importantes qui se produisent dans les systèmes vivants. Elles sont des composants utiles pour la conception de systèmes photosynthétiques artificiels. Crédit : graphique de couverture du journal par Jason Drees.
Les molécules en forme d’anneau connues sous le nom de porphyrines ont un potentiel de catalyseur efficace.
Répondre aux besoins énergétiques croissants de la société est devenu un défi de taille pour l’humanité. La demande d’énergie devrait presque doubler d’ici 2050, tandis que les effets du changement climatique, causé par la combustion de combustibles fossiles, font déjà des ravages sous la forme de sécheresses, d’incendies, d’inondations et d’autres catastrophes.
Gary Moore, chercheur au Biodesign Center for Applied Structural Discovery de l’Arizona State University et à la School of Molecular Sciences de l’ASU, pense que la chimie jouera un rôle essentiel dans le développement de solutions propres au dilemme énergétique croissant du monde.
Dans la recherche, qui est apparue sur la couverture du journal ChemElectroChemMoore et ses collègues décrivent l’utilisation de molécules en forme d’anneau connues sous le nom de porphyrines. Ces molécules, qui comptent parmi les pigments les plus abondants dans la nature, sont connues pour leur capacité à accélérer ou à catalyser les réactions chimiques, y compris les réactions importantes qui se produisent dans les systèmes vivants.
Parmi ces réactions figure la conversion de l’énergie radiante du soleil en énergie chimique stockée dans des liaisons moléculaires, un processus exploité par les plantes et les microbes photosynthétiques. Cette énergie chimique peut ensuite être utilisée pour alimenter le métabolisme de l’organisme, par le biais du processus de respiration cellulaire.
Gary Moore est chercheur au Biodesign Center for Applied Structural Discovery et à la School of Molecular Sciences de l’ASU. Crédit : Institut Biodesign de l’Université d’État de l’Arizona.
Les chercheurs comme Moore espèrent s’inspirer de la nature en créant des analogues synthétiques des processus naturels de photosynthèse. La nouvelle étude décrit une porphyrine synthétique contenant du diferon et explore son potentiel en tant que catalyseur efficace.
“Plutôt que d’exploiter les produits de la photosynthèse naturelle, nous pouvons nous inspirer de nos connaissances sur la photosynthèse pour créer de nouveaux matériaux et technologies dont les propriétés et les capacités rivalisent avec celles de leurs homologues biologiques”, a déclaré M. Moore.
Les porphyrines, et leurs analogues structurellement apparentés, se trouvent en abondance dans le monde biologique. Elles se lient à une série d’ions métalliques pour accomplir des tâches cellulaires très variées. Les molécules de chlorophylle, par exemple, fixent le magnésium (une étape chimique cruciale dans la photosynthèse des plantes), tandis que l’hème – une porphyrine contenant du fer – aide à organiser le transport de l’oxygène moléculaire et du dioxyde de carbone et fournit les chaînes de transport d’électrons indispensables à la respiration cellulaire. En raison de leur rôle prépondérant dans les processus vitaux, les anomalies des porphyrines sont responsables d’une série de maladies graves.
Les porphyrines peuvent également être utilisées comme catalyseurs dans des dispositifs synthétiques appelés cellules électrochimiques, qui convertissent l’énergie chimique en énergie électrique, ou vice versa. Bien que l’énergie rayonnante du soleil puisse être stockée dans des batteries de type classique, ces applications sont limitées par leur faible densité énergétique par rapport aux carburants utilisés dans les transports modernes.
Les efforts de Moore pour concevoir des systèmes photosynthétiques artificiels pourraient constituer une pièce précieuse du puzzle des énergies renouvelables, en produisant des carburants “non fossiles” ainsi qu’une série de produits bénéfiques.
De tels dispositifs permettraient de capter et de stocker l’énergie solaire pour l’utiliser au moment et à l’endroit voulus. Ils peuvent être construits à l’aide de produits chimiques bien moins chers et plus abondants que les matériaux actuellement utilisés pour les applications conventionnelles de l’énergie solaire.
Référence : “Six-Electron Chemistry of a Binuclear Fe(III) Fused Porphyrin ” par Edgar A. Reyes Cruz, Daiki Nishiori, Dr. Brian L. Wadsworth, Dr. Diana Khusnutdinova, Dr. Timothy Karcher, Dr. Gautier Landrot, Dr. Benedikt Lassalle-Kaiser et Prof, ChemElectroChem.
DOI : 10.1002/celc.202101101
L’article a été sélectionné pour la couverture du numéro actuel de la revue, avec un graphique descriptif réalisé par Jason Drees, responsable du développement multimédia à l’ASU, et fait partie d’une collection spéciale dédiée au professeur Jean-Michel Savéant.
