Les chercheurs ont-ils trouvé une alternative plus abordable aux métaux rares ?

L’ère de la dépendance envers les métaux rares et coûteux pour illuminer nos écrans ou convertir l’énergie solaire en carburant pourrait toucher à sa fin. Des chercheurs de l’Université de Bâle ont découvert une alternative économiquement viable qui utilise un métal bien plus commun.

Nous connaissons déjà le chromium grâce à son utilisation courante, que ce soit dans l’acier chromé de nos cuisines ou sur les motos chromées. Cependant, ce métal pourrait bientôt être omniprésent dans les écrans de nos smartphones ou même dans les technologies de conversion de l’énergie solaire.

Dirigés par le Professeur Oliver Wenger du département de chimie de l’Université de Bâle, ces chercheurs ont développé des composés à base de chromium capables de remplacer les métaux nobles tels que l’osmium et le ruthénium dans les matériaux luminescents et les catalyseurs.

Selon leur publication dans la revue Nature Chemistry, ces nouveaux matériaux à base de chromium rivalisent presque avec ceux utilisant de l’osmium. Notons que le chromium est environ 20 000 fois plus abondant dans la croûte terrestre que l’osmium, et par conséquent, nettement moins cher.

Des propriétés catalytiques étonnantes

Outre leur luminosité, ces nouveaux composés se montrent d’excellents catalyseurs pour des réactions photochimiques. Par exemple, lorsqu’ils sont irradiés avec une lampe rouge, l’énergie de la lumière est stockée dans des molécules pouvant alors servir de source d’énergie. Le Pr. Wenger illustre cette capacité en mentionnant : « Il y a également un potentiel pour utiliser nos nouveaux matériaux dans la photosynthèse artificielle pour produire des carburants solaires. »

Un emballage sur mesure pour le chromium

Afin de faire briller les atomes de chromium et de leur permettre de convertir l’énergie, l’équipe a intégré ces atomes dans une structure moléculaire organique. Malgré leur efficacité, ces nouveaux matériaux ont un inconvénient : ils nécessitent une structure plus complexe que celle des métaux nobles.

La course à l’alternative idéale

La quête de matériaux durables et économiques s’est longtemps concentrée sur le fer et le cuivre. Cependant, les nouvelles avancées autour du chromium semblent révolutionner le champ des possibles. En effet, la forme de chromium utilisée par l’équipe de Wenger s’avère particulièrement similaire aux métaux nobles en termes de performances.

À l’heure actuelle, il est difficile de savoir quel métal remportera la course en ce qui concerne les applications futures dans les matériaux luminescents et la photosynthèse artificielle » conclut le Pr. Wenger, tout en saluant le travail significatif de ses collègues post-doctorants, Dr. Narayan Sinha et Dr. Christina Wegeberg.

Les chercheurs ont pour objectif de développer leurs matériaux à plus grande échelle afin de pouvoir tester plus largement les applications potentielles. En apportant des améliorations supplémentaires, ils espèrent parvenir à émettre de la lumière dans différentes couleurs spectrales, du bleu au rouge en passant par le vert.

Ils souhaitent également optimiser davantage les propriétés catalytiques afin de nous rapprocher de la conversion de la lumière solaire en énergie chimique à stocker, comme dans le cas de la photosynthèse.

En synthèse

La recherche sur le chromium ouvre de nouvelles portes pour remplacer les métaux nobles coûteux dans diverses applications. Bien que des défis demeurent, les progrès réalisés offrent une lueur d’espoir pour des technologies plus durables et économiques à l’avenir.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le chromium ?

Le chromium, souvent appelé chrome dans le langage courant, est un métal reconnu pour sa brillance et sa résistance à la corrosion. Il est couramment utilisé dans des alliages, notamment l’acier chromé, et dans des applications décoratives comme le chromage des motos.

Pourquoi le chromium est-il considéré comme une alternative prometteuse aux métaux nobles ?

Les chercheurs de l’Université de Bâle ont découvert que le chromium présente des propriétés luminescentes et catalytiques qui sont proches de celles de métaux nobles comme l’osmium ou le ruthénium. Ce qui le rend particulièrement attrayant, c’est sa grande abondance et son coût bien inférieur comparé à ces métaux rares.

Quelles sont les applications potentielles du chromium dans cette recherche ?

Les composés à base de chromium peuvent être utilisés dans des matériaux luminescents, comme ceux présents dans nos écrans. Ils pourraient également être employés dans des technologies de conversion d’énergie solaire, simulant des processus tels que la photosynthèse pour produire des carburants solaires.

Comment le chromium stocke-t-il l’énergie de la lumière ?

Lorsque les composés à base de chromium sont irradiés avec une lampe, notamment une lampe rouge, l’énergie lumineuse est captée et stockée dans des molécules. Ces molécules emmagasinées peuvent ensuite servir de source d’énergie, un principe qui rappelle la photosynthèse des plantes.

Quels sont les défis associés à l’utilisation du chromium à la place des métaux nobles ?

Bien que le chromium présente de nombreux avantages, il nécessite une structure moléculaire organique plus complexe pour maximiser ses propriétés. Cette complexité peut rendre la production de tels composés plus difficile et nécessite des recherches supplémentaires pour optimiser le processus.

Le chromium peut-il vraiment remplacer les métaux nobles dans toutes leurs applications ?

Les recherches sont encore en cours, mais les résultats initiaux sont prometteurs. Cependant, comme pour toute innovation, des défis et des limitations pourraient surgir lors de la mise à l’échelle ou de l’application dans des contextes spécifiques. Le potentiel est là, mais une validation supplémentaire est nécessaire.

Comment cette découverte s’inscrit-elle dans une perspective plus écologique et durable ?

Les métaux nobles tels que l’osmium et le ruthénium sont rares et leur extraction peut avoir un impact environnemental. En utilisant le chromium, plus abondant, nous réduisons la dépendance envers ces ressources limitées, ce qui est plus écologique et durable à long terme.

Légende illustration principale : Les composés de chrome de pointe servent de matériaux luminescents et de catalyseurs. Crédit : Université de Bâle, Jo Richers

Article : « Photoredox-active Cr(0) luminophores featuring photophysical properties competitive with Ru(II) and Os(II) complexes » – DOI : 10.1038/s41557-023-01297-9