La brume se forme lorsqu’un cocktail de divers polluants gazeux est oxydé et forme des particules diffusant la lumière du soleil. Ce processus est principalement médié par les radicaux hydroxyle (OH), et les chercheurs ont maintenant découvert une nouvelle voie vers leur formation. Ce mécanisme de construction radicalaire récemment découvert pourrait également offrir de nouvelles perspectives pour la purification de l’air et l’industrie de l’énergie, comme l’étude publiée dans Angewandte Chemie spectacles.
La brume se compose de particules fines contenant de la suie. Il se forme lorsque les polluants gazeux, qui proviennent des émissions industrielles, des gaz d’échappement des véhicules et d’autres sources, sont convertis en matière condensable. « Cette condensation est remarquablement accélérée sous l’action des radicaux OH », explique Joseph S. Francisco de l’Université de Pennsylvanie à Philadelphie, aux États-Unis, qui est co-auteur de l’étude.
Les sources communément connues de radicaux OH, telles que l’oxyde d’azote et l’ozone, n’expliquent qu’en partie les vastes événements de brume qui continuent de se produire dans les régions touchées par la brume telles que les mégapoles d’Asie de l’Est et du Sud.
Dans le cadre d’une coopération, les équipes de Hong He de l’Académie chinoise des sciences, de Xiao Cheng Zeng de l’Université du Nebraska-Lincoln, aux États-Unis, et de Francisco ont maintenant examiné de plus près l’activité chimique des particules de suie. La suie provient des gaz d’échappement des moteurs diesel ou est propagée par les pratiques de culture sur brûlis ou les incendies de forêt. Cependant, à ce jour, les particules de suie constituées de carbone non brûlé ont été davantage considérées comme un puits de radicaux hydroxyles que comme une source.
Malgré cela, les nouvelles expériences de Francisco et de l’équipe ont montré que les particules de suie peuvent produire des radicaux OH si de l’air et de la vapeur d’eau sont soufflés sur les particules tout en étant irradiés par la lumière.
On s’attendait cependant à ce que les espèces hydroxyle formées dans ce processus ne quittent pas la surface de la suie et réagissent à nouveau rapidement. Cependant, les calculs d’énergie ont montré que l’hydroxyle présentait des « caractéristiques de type itinérance », comme l’ont déclaré les auteurs : ils ont migré sur la surface, la quittant finalement.
Les résultats de leur étude ont mené l’équipe à la conclusion que les particules de suie jouent un rôle actif dans la formation du smog. Mais les chercheurs ne s’arrêtent pas là : puisqu’il semble que le rayonnement lumineux soit suffisant pour décomposer les molécules d’eau en radicaux, ce matériau pourrait potentiellement être utilisé pour développer des carbocatalyseurs sans métal. De tels catalyseurs à base de suie pourraient soit aider à purifier l’air des polluants tels que l’oxyde d’azote et les composés organiques volatils (COV), soit ils pourraient être utilisés pour générer de l’énergie chimique à partir de l’énergie lumineuse. Cela pourrait ouvrir la voie à une forme de photosynthèse artificielle respectueuse de l’environnement.
Guangzhi He et al, Génération et libération de radicaux OH à partir de la réaction de H 2 O avec O 2 sur la suie, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202201638