Une équipe de chimistes de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a étudié une ancienne enzyme biologique connue sous le nom d’hydrogénase nickel-fer et est parvenue à la conclusion qu’elle pourrait jouer un rôle clé dans la production d’hydrogène pour une économie basée sur les énergies renouvelables .
Pour prouver leur point de vue, les chercheurs ont conçu une molécule synthétique qui imite la réaction chimique produisant de l’hydrogène gazeux effectuée par l’enzyme.D’autre part, l’enzyme hydrogénase nickel-fer de la nature produit de l’hydrogène en utilisant des métaux abondants dans la terre dans son noyau.
“Le nickel au cœur de l’enzyme naturelle produit de l’hydrogène en réduisant les protons dans l’eau”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Liviu Mirica, dans un communiqué de presse. “Pendant le processus catalytique, le centre du nickel passe par des intermédiaires paramagnétiques, ce qui signifie que les intermédiaires ont un électron non apparié – ce qui les rend extrêmement éphémères.”
Selon Mirica, les chimistes fabriquent des composés de nickel qui produisent de l’hydrogène depuis plus d’une décennie. Alors que certains de ces composés sont très efficaces pour produire de l’hydrogène, la grande majorité d’entre eux fonctionnent via des intermédiaires qui ne sont pas paramagnétiques.
“Les chercheurs essaient d’imiter exactement ce que fait la nature parce qu’elle est efficace, et maximiser l’efficacité est un défi clé à surmonter lors de la conception de sources d’énergie”, a-t-il déclaré. “Être capable de reproduire les étapes intermédiaires paramagnétiques qui se produisent dans l’enzyme naturelle est ce que notre groupe essaie de réaliser – pour augmenter l’efficacité et imiter la nature.”
Pour y parvenir, l’équipe a conçu une molécule organique appelée ligand qui contient des atomes donneurs d’électrons comme l’azote et le soufre et peut maintenir le nickel en place et supporter les deux états paramagnétiques pertinents qui produisent de l’ hydrogène .
L’élément de conception clé qui distingue cette molécule des autres catalyseurs est la présence d’une liaison carbone-hydrogène près du centre du nickel qui est rompue et reformée pendant la catalyse. Cela était crucial pour stabiliser les états paramagnétiques susmentionnés.
“L’un des principaux enseignements de notre travail est qu’en utilisant le ligand spécialement conçu de la manière dont nous l’avons fait, nous avons réussi à unir les idées de deux domaines de la chimie inorganique – la chimie bioinorganique et organométallique – pour fabriquer des complexes de nickel qui se comportent de manière similaire à l’actif site de l’une des enzymes les plus belles et les plus complexes de la nature », a déclaré le co-auteur de l’article, Sagnik Chakrabarti.
Dans un passé récent, plusieurs enzymes inhabituelles ont été découvertes qui présentent des liaisons métal-carbone dans leurs sites actifs, ont déclaré les chercheurs. De tels principes de conception dans les complexes synthétiques pourraient permettre de mieux comprendre comment la nature effectue la chimie avec de petites molécules comme l’hydrogène.
Source : mining.com
