Une avancée clé pour la conversion multi-électronique de l’énergie solaire
Transformer la lumière du soleil en carburant est un défi majeur. Pour y parvenir, il faut réussir à accumuler plusieurs électrons, alors que l’absorption d’un photon ne génère que des états de séparation de charge mono-électronique. Deux équipes du Moonshot Project SYNFLUX-LUMICALS ont mis au point un système capable de stocker ces électrons grâce à des polyoxométallates, oxydes métalliques nanométriques, ouvrant la voie à des technologies plus efficaces pour produire et stocker de l’énergie solaire.
Convertir et stocker l’énergie solaire sous une forme chimique, dans des molécules appelées carburants solaires, est un des grands enjeux de la photosynthèse artificielle. Pour y parvenir, un dispositif doit être capable de capter la lumière solaire, d’utiliser cette énergie pour séparer les charges puis de réaliser des réactions redox. Cependant, les réactions d’intérêt reposent toutes sur des processus redox multi-électroniques, comme la réduction à deux électrons des protons en dihydrogène H2 ou à 8 électrons du CO2 en méthane CH4, alors que l’absorption d’un photon génère intrinsèquement un état de séparation de charge mono-électronique. Concevoir des systèmes photo-actifs capables d’accumuler les électrons produits par l’absorption séquentielle de plusieurs photons constitue donc une solution attrayante pour synchroniser la nature mono-électronique des processus photo-induits avec la catalyse multi-électronique d’intérêt.
Dans cet article, les propriétés assez uniques de réservoirs d’électrons des polyoxométallates (POM, nano-oxydes moléculaires solubles) ont été exploitées avec succès pour réaliser l’accumulation photo-induite d’électrons sous irradiation dans le visible. Ceci a été rendu possible grâce au couplage du POM avec une unité photoactive, un photosensibilisateur absorbant dans le visible, mais aussi par un choix judicieux de sa structure et des conditions réactionnelles permettant de moduler les propriétés électrochimiques.
Cet assemblage photoactif constitue l’un des rares exemples de systèmes moléculaires capables de stocker plus de deux électrons sous irradiation dans le visible. Cette avancée représente une étape importante vers l’intégration de POMs dans des dispositifs pour la conversion et le stockage de l’énergie solaire et leur application en photocatalyse multiélectronique.
Contact
Murielle Chavarot-Kerlidou, Directrice de Recherche, LCBM, CEA Saclay
Référence
Chem. Commun. 2025, 61, 9682-9685, DOI: 10.1039/d5cc01951f
Ce travail s’inscrit dans le Moonshot Project SYNFLUX-LUMICALS du PEPR LUMA et a bénéficié d’une aide de l’État gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre de France 2030 portant la référence ANR-23-EXLU-0001.
Autres Faits marquants
