L’équipe utilise de l’eau chaude pour former un photocatalyseur

La production de substances chimiques nécessite normalement des solvants nocifs pour l’environnement. Après que le groupe de recherche de Miriam Unterlass, professeur de chimie de l’état solide à l’Université de Constance, ait produit pour la première fois des substances organiques sans substances nocives en les chauffant dans de l’eau chaude, les chercheurs peuvent maintenant enregistrer un autre succès : grâce à la synthèse hydrothermale, ils réussi à former et à combiner conjointement des substances organiques et inorganiques dans le même récipient de réaction, en particulier un solide inorganique qui renferme des molécules de colorant organique. Lorsqu’il est exposé à la lumière, qui est de loin la ressource énergétique la plus respectueuse de l’environnement, le matériau hybride fonctionne comme un catalyseur, c’est-à-dire un photocatalyseur. Le photocatalyseur étant un solide, il peut être utilisé plusieurs fois.

L’étude a été récemment publiée en ligne par le Journal de chimie des matériaux A.

La synthèse hydrothermale, c’est-à-dire la production de matériaux sous pression dans de l’eau chaude, est calquée sur la nature. Dans les réservoirs d’eau chaude souterrains, par exemple, des cristaux de roche se forment lorsque les atomes dissous dans l’eau chaude réagissent les uns avec les autres, formant d’abord des molécules, puis des cristaux. De la même manière, des molécules inorganiques peuvent être produites en chimie de synthèse – et comme décrit dans une étude sur le procédé respectueux de l’environnement dans la synthèse de substances organiques à partir de 2021 par Miriam Unterlass – également des molécules organiques sans solvants toxiques.

Synergie écologique des deux processus

Une synergie respectueuse de l’environnement des deux méthodes découle des résultats actuels, dans lesquels le premier auteur, le Dr Hipassia Moura, chercheur postdoctoral de l’équipe de Miriam Unterlass, joue un rôle majeur. Miriam Unterlass dit : « Dans notre travail, nous montrons qu’il est possible de former des substances inorganiques et organiques en même temps dans ‘l’eau chaude’, et que quelque chose d’utile en sort. »

Le fait que le matériau hybride puisse être produit complètement sans solvants toxiques est d’autant plus remarquable que l’équipe de recherche du chimiste travaille avec des molécules de colorants qui nécessitent normalement des produits chimiques hautement toxiques pour leur synthèse. Le noyau de la nouvelle substance, qui a été créée dans l’eau chaude, est formé de molécules de colorant qui existent sous forme de solution, tandis que le matériau qui les entoure a les propriétés d’un solide. Le résultat est un solide qui se comporte comme une solution en termes de propriétés optiques.

Catalyseur réutilisable

Les colorants en solution ont des propriétés très spécifiques. Les molécules de colorant utilisées par l’équipe de recherche de Miriam Unterlass sont capables d’absorber la lumière et donc de catalyser des réactions. Ce processus est similaire à la photosynthèse chez les plantes, où ce sont aussi les pigments qui absorbent la lumière nécessaire à la photosynthèse. Contrairement à une solution qui doit être jetée après utilisation, le matériau hybride a l’avantage supplémentaire de pouvoir être utilisé encore et encore comme catalyseur, car il est comme un solide à l’extérieur.

Les cibles d’application spécifiques de l’équipe de recherche sont les petites molécules organiques qui jouent un rôle dans la pharmacie. En principe, cependant, la méthode est pertinente pour diverses réactions chimiques et donc la production d’innombrables produits synthétiques. Et tandis que l’eau doit encore être chauffée pour la synthèse du matériau hybride, seule l’énergie lumineuse est nécessaire pour l’effet catalytique. « La lumière est la meilleure ressource dont nous disposons. La lumière ne peut pas être épuisée », déclare Miriam Unterlass.