Des systèmes organiques/inorganiques pour produire de l'hydrogène

Un nouveau système photocatalytique pour produire de l'hydrogène à partir d'eau

Un dispositif organique qui utilise uniquement la lumière solaire pour séparer l'hydrogène et l'oxygène présents dans l'eau a été développé par des chercheurs financés par l'UE. Utilisé dans les piles à combustibles pour fournir de l'électricité, l'hydrogène produit représentera une solution de remplacement prometteuse aux combustibles fossiles.

Dans les systèmes photo-électrochimiques, l'hydrogène est produit par des semi-conducteurs spécialisés qui utilisent la lumière solaire pour dissocier les molécules d'eau en hydrogène et oxygène. Les matériaux semi-conducteurs utilisés jusqu'à présent pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique sous la forme d'hydrogène sont semblables à ceux utilisés pour la production d'électricité solaire photovoltaïque. On note, néanmoins, une différence importante.

Pour la dissociation photo-électrochimique de l'eau, les électrodes de semi-conducteurs sont immergées dans un électrolyte à base d'eau. Les semi-conducteurs organiques offrent une efficacité élevée à moindre coût par rapport aux matériaux inorganiques, mais ils se corrodent au contact de l'eau. Le projet PHOCS (Photogenerated hydrogen by organic catalytic systems), financé par l'UE, avait pour objectif de combiner les propriétés d'absorption de la lumière des semi-conducteurs organiques avec les capacités de transport de charge des semi-conducteurs inorganiques.

Les chercheurs ont donc déposé une couche d'oxyde de titane nanométrique sur les matériaux photosensibles qui agissent comme barrière entre l'eau et les semi-conducteurs organiques. Par ailleurs, le nanomatériau métallique a connecté électriquement les électrodes au catalyseur de platine utilisé. Ainsi, le système photo-électrochimique collecteur de lumière devient plus stable dans l'environnement de l'eau/électrolyte.

L'un des principaux défis auxquels le projet était confronté consistait à démontrer que les matériaux organiques peuvent être utilisés pour la génération photoélectrochimique d'hydrogène. Grâce au nouveau dispositif, la production d'hydrogène a été maintenue pendant trois heures, démontrant une stabilité jamais obtenue auparavant.

Enfin, un dispositif preuve de concept a été construit avec succès, répondant aux objectifs cibles du projet PHOCS en matière de rendement de la photoconversion. Le dispositif a clairement montré comment des interfaces hybrides organiques/inorganiques, réalisées grâce à des techniques à bas coût facilement déployables, peuvent promouvoir de manière efficace la production d'hydrogène en utilisant la lumière visible, l'eau de mer et des catalyseurs non précieux.

Les systèmes organiques/inorganiques développés peuvent également être utilisés dans d'autres applications photo-électrochimiques, par exemple la réduction du dioxyde de carbone. De nouveaux fullerènes synthétisés ont été proposés pour promouvoir des réactions de réduction d'oxygène sans métal.

Les résultats du projet PHOCS peuvent être appliqués à des champs associés tels que les dispositifs photovoltaïques, la bioélectronique organique, la photodétection dans des conditions environnementales difficiles et les techniques de traitement de nanostructures inorganiques. Le projet contribuera également à la transition du modèle énergétique actuel basé sur les combustibles fossiles à un modèle durable respectueux de l'environnement.

Pour plus d'information voir: projet PHOCS