Une nouvelle voie vers la production d’hydrogène biologique

Le Pr. Elena Rozhkova et son équipe ont combiné un pigment appelé Bactériorhodopsine avec des nanoparticules semi-conductrices afin de créer un système qui utilise la lumière pour déclencher un processus catalytique en mesure de produire de l’hydrogène.

A partir du début des années 1970, les scientifiques ont pris conscience du potentiel des nanoparticules de dioxyde de titane lorsque des chercheurs japonais ont découvert qu’une électrode en dioxyde de titane exposée intensément à la lumière ultraviolette pouvait décomposer les molécules d’eau dans un phénomène connu sous le nom d’effet ‘Honda-Fujishima’.

Depuis lors, les scientifiques ont réalisé des efforts constants pour améliorer la réactivité à la lumière du photocatalyseur de dioxyde de titane dans la partie visible du spectre. "La promesse de ces photocatalyseurs a incité les scientifiques à expérimenter de différentes versions dans l’espoir de rendre la réaction plus efficace", a expliqué le Pr. Rozhkova.

"Le dioxyde de titane réagit seulement à la lumière ultraviolette, mais pas avec la lumière visible, de sorte que nous avons utilisé des molécules biologiques photo-réactives comme un bloc de construction pour créer un système hybride capable d’utiliser la lumière visible de manière efficace", a ajouté le Pr. Rozhkova.

L’équipe de chercheurs s’est tournée vers la bactériorhodopsine – qui est responsable de la couleur pourpre inhabituelle d’un certain nombre de marais salants en Californie et au Nevada – car elle utilise la lumière du soleil comme source d’énergie, lui permettant d’agir comme une pompe à protons. Les pompes à protons sont des protéines qui se situent généralement dans une membrane cellulaire. Elles transfèrent les protons de l’intérieur de la cellule vers l’espace extracellulaire.

Dans le système conçu par l’Argonne, les protons fournis par la bactériorhodopsine sont combinés avec des électrons libres sur de petites aires de platine dispersées dans la matrice de dioxyde de titane. "Les nanoparticules de platine restent essentielles pour créer un endroit distinct dans la production de la molécule d’hydrogène", a déclaré Peng Wang, chercheur post-doctoral à l’Argonne.

"Il est intéressant de noter qu’en biologie, la bactériorhodopsine ne participe pas naturellement à ce genre de réactions", a déclaré le Pr. Rozhkova. "Sa fonction naturelle n’a rien à voir de près ou de loin avec la génération d’hydrogène. Mais dans le cadre de cet hybride, il contribue à produire de l’hydrogène sous lumière blanche et dans des conditions respectueuses de l’environnement."

Selon les promoteurs du projet, ce photocatalyseur hybride bio-assisté surpasse de nombreux autres systèmes similaires dans la production d’hydrogène et pourrait être un bon candidat pour la fabrication de dispositifs d’énergie verte qui consomment virtuellement des ressources illimitées comme l’eau salée et le soleil.