Dans le monde moderne, les combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel fournissent une part de l’énergie. Cependant, ils produisent une quantité abondante de CO₂ pendant la récolte d’énergie pour avoir un impact négatif sur le climat mondial¹. Dans les années à venir, une forte augmentation de la demande d’énergie est prévue dans le monde entier suite à la croissance continue de la population et à l’amélioration constante du mode de vie humain. Ainsi, il existe une recherche active d’une ressource énergétique alternative appropriée pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux. Les ressources en énergie renouvelable comme l’énergie solaire, éolienne et marémotrice sont apparues comme l’une des meilleures solutions grâce à leur processus de transduction d’énergie zéro carbone respectueux de l’environnement². Cependant, la nature intermittente de ces ressources énergétiques a jusqu’à présent limité leur application étendue. Une solution possible de ce problème peut être trouvée dans la biologie ; l’énergie solaire est efficacement transformée en énergie chimique pendant la photosynthèse³. Suite à cet indice, les chercheurs ont développé des stratégies photosynthétiques artificielles pour stocker l’énergie solaire en liaisons chimiques à la suite d’un certain nombre de réactions d’activation de petites molécules^4,5. La molécule H₂ a été considérée comme l’un des vecteurs chimiques les plus attrayants en raison de leur forte densité énergétique et la simplicité de leur transformation chimique^6,7.

La présence d’un photoensisateur et d’un catalyseur de production H₂ est essentielle pour une configuration de production H₂ active pilotée par l’énergie solaire. Ici, dans ce travail, nous nous concentrerons sur le cobaloxime complexe moléculaire à base de cobalt pour le segment catalytique. Typiquement, un centre de cobalt hexa-coordonné est lié dans une géométrie planaire carrée N_4, dérivée du diméthylglyoxime (dmg) ligands, dans les cobaloximes. Les Cl complémentaires^– ions, molécules de solvant (comme l’eau ou l’acétonitrile) ou les dérivés de la pyridine se ligate dans les positions axiales résiduelles⁸. Les cobaloximes sont connus depuis longtemps pour l’électrocatalyse active de production H₂ et leur réactivité peut être réglée en appliquant des fonctionnalités variables sur la pyridine axiale^9,10,11,12 . Les synthèses relativement simples, la tolérance à l’oxygène dans des conditions catalytiques et la réponse catalytique modérée des cobaloximes ont incité les chercheurs à explorer leur réactivité de production photocatalytique H_2. Le groupe Hawecker a été le pionnier dans la démonstration de l’activité de production de la lumière H₂ des cobaloximes en utilisant Ru (polypyridyl) à base de photosensibilisants¹³. Eisenberg et ses collègues ont utilisé des photosensibilisants inorganiques à base de platine (Pt) pour induire la production photocatalytique H₂ en tandem avec des catalyseurs de cobaloxime^14,15. Plus tard, le groupe Che a utilisé des photosensiateurs organo-or pour reproduire une activité similaire¹⁶. Fontecave et Artero ont élargi la gamme de photosensibilisants en appliquant des molécules à base d’iridium (Ir)¹⁷. Les applications pratiques de ces systèmes photocatalytiques se dirigeaient vers un barrage routier en raison de l’utilisation de photosensibilisants coûteux à base de métal. Les groupes de recherche Eisenberg et Sun ont répliqué qu’en concevant indépendamment des systèmes de production H₂ à base de colorant organique^18,19. Malgré le succès de la production de H₂ par tous ces systèmes, il a été observé que les rotations catalytiques globales étaient relativement lentes²⁰. Dans tous ces cas, les molécules de photosensibilisant et de cobaloxime ont été ajoutées comme moieties séparées dans la solution, et le manque de communication directe entre eux pourrait avoir entravé l’efficacité globale du système. Un certain nombre de dyades photosensibilisant-cobaloxime ont été développées pour corriger ce problème, où une variété de photosensibilisants ont été directement liés avec le noyau de cobaloxime par l’intermédiaire de la pyridine axiale ligand^{21,22,23 ,24,25,26}. Sun et ses collègues ont même réussi à développer un dispositif sans métal noble en introduisant un motif Zn-porphyrine comme un photoensitizer²⁴. Récemment, Ott et ses collègues ont réussi à intégrer le catalyseur de cobaloxime dans un cadre organique métallique (MOF) qui a affiché photocatalytique H₂ production en présence de colorant organique²⁷. Cependant, l’inclusion des photosensibilisants de poids moléculaire élevé dans le cadre de cobaloxime a réduit la solubilité de l’eau tout en affectant la stabilité à long terme des dyades dans des conditions catalytiques. La stabilité des dyades actives dans des conditions aqueuses pendant la catalyse est cruciale car l’eau omniprésente est une source attrayante de protons pendant la catalyse. Ainsi, il est grand besoin de développer un système de dyade baigneuse soluble et aérée de photoensitois-cobaloxime afin d’établir une configuration de production H₂ efficace et économique axée sur la photo.

Ici, dans ce travail, nous avons ancré un colorant organique à base de stilbene²⁸ comme photoensibilisant au noyau de cobaloxime via le linker de pyridine axiale (Figure 1). Le poids moléculaire léger du colorant a assuré la solubilité améliorée de l’eau de la dyade. Cette molécule hybride stilbene-cobaloxime a été caractérisée en détail par spectroscopie optique et ¹H NMR avec son élucidation unique de structure de cristal. Les données électrochimiques ont indiqué la production électrocatalytique active De₂ par le motif de cobaloxime même avec le colorant organique joint. Ce complexe hybride a présenté une production importante de H₂ à propulsion photo lorsqu’il est exposé à la lumière directe du soleil en présence d’un donneur d’électrons sacrificiel approprié dans une solution 30:70 water/DMF (N,N-dimethylformamide) sans aucune dégradation de la solution structure hybride complétée par des études de spectroscopie optique. Un dispositif photocatalytique simple, composé d’un détecteur H_2, a été employé pendant la photocatalyse du complexe hybride qui a démontré la production continue du gaz H₂ sous l’état aquaérobie aqueux sans n’importe quelle période préliminaire de décalage. Ainsi, ce complexe hybride a le potentiel de devenir la base pour développer la prochaine génération de catalyseurs de production H₂ à énergie solaire pour une utilisation efficace des énergies renouvelables.