Utiliser la lumière pour produire plus efficacement des médicaments et des plastiques
Comment décupler l'efficacité énergétique des réactions photochimiques
Quiconque souhaite produire des médicaments, des Plastiques ou des engrais à l'aide de méthodes conventionnelles a besoin de chaleur pour les réactions chimiques - ce qui n'est pas le cas de la photochimie, où la lumière fournit l'énergie. En outre, le processus permettant d'obtenir le produit souhaité comporte souvent moins d'étapes intermédiaires. Des chercheurs de l'université de Bâle vont maintenant plus loin et démontrent comment l'efficacité énergétique des réactions photochimiques peut être décuplée. Des applications plus durables et plus rentables sont désormais à portée de main.
Les réactions chimiques industrielles se déroulent généralement en plusieurs étapes pour différents produits intermédiaires. La photochimie permet de prendre des raccourcis, ce qui signifie que moins d'étapes intermédiaires sont nécessaires. La photochimie permet également de travailler avec des substances moins dangereuses qu'en chimie conventionnelle, car la lumière produit une réaction dans des substances qui ne réagissent pas bien à la chaleur. Cependant, jusqu'à présent, il n'y a pas eu beaucoup d'applications industrielles de la photochimie, en partie parce que l'apport d'énergie par la lumière est souvent inefficace ou crée des sous-produits indésirables.
Le groupe de recherche dirigé par le professeur Oliver Wenger de l'université de Bâle décrit maintenant un principe fondamental qui a un impact inattendu sur l'efficacité énergétique de la photochimie et peut augmenter la vitesse des réactions photochimiques. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature Chemistry.
Dans ce type de réaction, les molécules de départ se trouvent dans une solution liquide. Si elles reçoivent de l'énergie sous forme de lumière, elles peuvent échanger des électrons entre elles et former des radicaux. Ces molécules extrêmement réactives se présentent toujours par paires et restent entourées d'un solvant, qui enferme les paires de radicaux comme une sorte de cage. Pour que les radicaux puissent continuer à réagir aux produits cibles souhaités, ils doivent "sortir" de cette cage et trouver un partenaire de réaction à l'extérieur. L'équipe de Wenger et de son post-doctorant, le Dr Cui Wang, a identifié ce processus de libération comme une étape décisive qui limite l'efficacité énergétique et la vitesse des réactions photochimiques.
Les radicaux se libèrent
Tant que les radicaux restent par paires dans la cage du solvant, ils peuvent réagir spontanément les uns avec les autres pour revenir aux matériaux de départ. Cette réaction inverse gaspille de l'énergie car elle n'utilise que la lumière déjà absorbée pour revenir au point de départ. L'équipe bâloise a réussi à ralentir cette réaction inverse et donc à donner aux radicaux plus de temps pour quitter la cage. Plus la réaction inverse indésirable était longue, plus les radicaux pouvaient se libérer et plus les produits cibles souhaités se développaient rapidement et de manière efficace sur le plan énergétique.
Wang, qui occupe aujourd'hui le poste de professeur assistant à l'université d'Osnabrück, a utilisé deux colorants particuliers dans son étude, qui absorbent tous deux la lumière et stockent son énergie pendant une courte période avant de l'utiliser pour former des paires de radicaux. Cependant, l'un des deux colorants examinés était capable de stocker beaucoup plus d'énergie que l'autre et de la transférer aux radicaux. Grâce à l'énergie supplémentaire, les radicaux ont pu quitter la cage du solvant jusqu'à dix fois plus efficacement. Par conséquent, les produits cibles sont produits avec une efficacité énergétique jusqu'à dix fois plus élevée. "Ce lien direct entre les radicaux qui sortent de la cage du solvant et la formation efficace des produits cibles est étonnamment clair", a déclaré Wang.
Les colorants sont la clé
La principale découverte est que certains colorants peuvent libérer plus de radicaux que d'autres en fonction de la quantité de lumière absorbée. "Le choix du colorant peut être utilisé pour augmenter l'efficacité énergétique des réactions photochimiques", souligne Wenger. À son tour, il affirme que l'efficacité énergétique est également un critère décisif pour l'utilisation industrielle de la photochimie.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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