Les chercheurs de la Ruhr-Universität de Bochum ont découvert comment les systèmes de photosynthèse artificielle devraient être conçus à l’avenir pour rester fonctionnels à long terme.
De telles électrodes pourraient être utiles pour convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique dans le respect de l’environnement. Cependant, les protéines, qui sont stables dans la nature, ne sont pas fonctionnelles dans les systèmes semi-artificiels à long terme car il se forme des molécules réactives qui endommagent le photosystème I.
Une technologie prometteuse : Les bioélectrodes
Le Dr Felipe Conzuelo décrit le contexte du projet de recherche : « La société est confrontée au grand défi de trouver des moyens plus durables de convertir et de stocker l’énergie. » Il est important ici de comprendre les processus qui limitent encore aujourd’hui la durée de vie de ces techniques prometteuses. « Parce que c’est la seule façon de développer des solutions stables à l’avenir« , a ajouté le Dr Fangyuan Zhao.
Les techniques prometteuses comprennent des électrodes dans lesquelles le photosystème I est incorporé dans un polymère contenant de l’osmium. Lorsque la protéine photosynthétique est activée par la lumière, elle peut séparer très efficacement les charges positives et négatives. Ce gradient de charge peut servir de source d’énergie, pour ainsi dire, et stimuler d’autres processus.
Les espèces d’oxygène réactif limitent la durée de vie.
« Le photosystème I ne fonctionne pas seulement de manière efficace, mais aussi dans la nature en grande quantité, ce qui le rend intéressant pour les systèmes semi-artificiels de conversion d’énergie« , a expliqué Felipe Conzuelo. Cependant, si la bioélectrode fonctionne dans un environnement contenant de l’oxygène, elle subit des dommages à long terme.
Les scientifiques de Bochum ont utilisé la microscopie électrochimique à balayage pour observer les processus à la surface de l’électrode. Sur cette surface, le photosystème I est noyé dans un polymère contenant de l’osmium. Ils ont observé quelles molécules se forment à la surface de l’électrode lorsqu’elle est exposée à la lumière. Pour ce faire, ils ont exposé le système à différentes concentrations d’oxygène.
Il a été constaté que l’irradiation par la lumière produisait des espèces réactives d’oxygène et du peroxyde d’hydrogène, qui peuvent endommager le photosystème I à long terme. « Sur la base de nos résultats, il semble conseillé de concevoir des bioélectrodes avec le photosystème I afin qu’elles puissent fonctionner dans un environnement sans oxygène« , conclut Conzuelo.
** L’équipe composée du Dr Fangyuan Zhao, du Dr Felipe Conzuelo et du Prof. Dr Wolfgang Schuhmann du Centre des sciences électrochimiques ainsi que des collègues de la Chaire de biochimie végétale de Bochum décrivent les résultats dans la revue Nature Communications.
