fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche dirigée par le professeur Seung Jun Hwang du département de chimie de l'Institut des sciences et technologies avancées de Corée (KAIST) a développé un nouveau système moléculaire capable de basculer sélectivement la voie de transfert d'électrons lors de l'activation de l'oxygène, ce qui pourrait fournir des principes de conception fondamentaux pour les catalyseurs de nouvelle génération et les technologies de conversion d'énergie.
En combinant le germanium avec un cadre moléculaire capable de stocker et de transférer des électrons, l'équipe a établi un principe de conception permettant de basculer sélectivement l'activation de l'oxygène entre les voies à deux électrons et à quatre électrons. Traditionnellement, les catalyseurs contrôlant les réactions de l'oxygène sont principalement développés autour de métaux de transition tels que le fer, le cobalt et le nickel ; le germanium, en tant qu'élément du groupe principal, appartenant au même groupe du tableau périodique que le silicium, est généralement considéré comme inadapté aux réactions nécessitant un transfert coopératif de plusieurs électrons. Pour surmonter cette limitation, l'équipe de recherche a combiné le germanium avec un ligand redox-actif, qui agit comme un réservoir d'électrons, en synergie avec le centre de germanium, permettant à l'ensemble de la structure moléculaire de participer à des réactions multiélectroniques.
Lors de la réaction de l'oxygène, les produits et les résultats dépendent du transfert de deux ou quatre électrons. La réduction de l'oxygène à deux électrons produit du peroxyde d'hydrogène, tandis que la réduction à quatre électrons produit de l'eau ; le contrôle sélectif de ces voies est un défi majeur pour le développement de batteries, de piles à combustible et de catalyseurs chimiques plus respectueux de l'environnement. Cette étude présente un exemple rare de système moléculaire du groupe principal capable de réaliser sélectivement une réactivité à deux et quatre électrons dans le même cadre moléculaire, élargissant ainsi la gamme d'éléments pouvant être envisagés dans la conception de catalyseurs.
L'équipe de recherche a réussi à isoler et à analyser un composé de germanium représentant l'étape de réaction à deux électrons, en stabilisant ce composé par la fixation d'un groupe méthyle sur le complexe de germanium. L'atome de germanium dans ce composé peut à la fois donner et accepter des électrons, fournissant des indices importants pour le contrôle systématique de différentes voies de réaction. L'équipe a également confirmé le potentiel pratique du nouveau système dans des conditions douces et sans lumière : le complexe de germanium a éliminé des atomes d'halogène tels que le brome et le chlore de composés organiques, régénérant des alcènes (composés organiques contenant des doubles liaisons carbone-carbone), largement utilisés comme matières premières pour des produits chimiques tels que les médicaments et les plastiques. Le professeur Seung Jun Hwang a déclaré que ces découvertes éclaireront le développement de catalyseurs de nouvelle génération pour la conversion d'énergie et contribueront à des processus chimiques plus sélectifs et efficaces.
Cette recherche a été réalisée en collaboration par les chercheurs postdoctoraux Sung Gyu Kim et Jinrok Oh du département de chimie du KAIST, ainsi que par Dae Eui Choi, étudiant en programme intégré master-doctorat au département de chimie de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH). Les résultats ont été publiés en ligne le 6 juillet dans la revue internationale Chem. L'article est intitulé « Synergie redox entre le germanium et le ligand : clé de l'amphiphilie et du transfert d'électrons commutable entre deux et quatre électrons » (DOI : 10.1016/j.chempr.2026.103127).
