La photosynthèse est une fascinante source d’inspiration pour concevoir des dispositifs moléculaires innovants, tels que les cellules photo-électrochimiques à colorants, pour la conversion et le stockage de l’énergie solaire sous la forme d’un carburant. D’un point de vue fondamental, ces dispositifs reproduisent les étapes clefs de la photosynthèse. Néanmoins, leur efficacité est actuellement limitée par une propriété intrinsèque du système : les électrons sont délivrés un par un par le photosensibilisateur, mais ils sont utilisés deux par deux par le catalyseur (cas de la production d’hydrogène). La nature pallie à ce problème grâce à une étape intermédiaire de photo-accumulation de charge qui permet de stocker temporairement les équivalents réducteurs (ou oxydants) impliqués dans les réactions d’intérêt. Intégrer ce processus dans les dispositifs de photosynthèse artificielle est un challenge pour les chimistes.

Des équipes du Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux (UMR 5249 UGA/CNRS/CEA-Grenoble, équipeSolHyCat), du Département de Pharmaco-chimie Moléculaire (UMR 5063 UGA/CNRS), du laboratoire SyMMES (UMR 5819 UGA/CNRS/CEA-Grenoble) et de l’Université de Jena (Allemagne) ont conçu un nouveau photosensibilisateur possédant un site de photo-accumulation de charge. Les propriétés électroniques de ce photosensibilisateur ont été étudiées par différentes techniques électro-chimiques et spectroscopiques, en combinaison avec des calculs DFT. Les chercheurs ont mis en évidence, sous irradiation lumineuse et en présence d’une source d’électrons, le stockage réversible de deux électrons et deux protons sur le motif iminobenzoquinone du ligand π-étendu (Figure). Le mécanisme de ce stockage rappelle celui des plastoquinones, les relais d’électrons de la chaîne photosynthétique.

Ces travaux, financés par le Labex grenoblois Arcane et le programme CEA-DRF Impulsion 2017, ouvrent de nouvelles perspectives en photocatalyse bio-inspirée pour l’énergie.



Structure du photosensibilisateur et réactivité a) en présence de lumière et d’une source d’électrons, la triéthylamine ; b) réversibilité du processus lors de l’exposition à l’air.


Structure et réactivité des plastoquinones de la chaîne photosynthétique.