Les plantes, sources d'inspiration pour convertir l'énergie solaire

Publié par Adrien le 12/05/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
Produire de l'hydrogène vert par photodissociation* de l'eau comme le font les plantes nécessite des photocatalyseurs à la fois performants et peu coûteux. Il est donc nécessaire de s'affranchir des métaux nobles qui entrent actuellement dans leur composition.


© Mohamed Nawfal Ghazzal

D'où l'idée des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de chimie physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des...) (CNRS/Université Paris-Saclay) et de l'Institut des sciences moléculaires d'Orsay (CNRS/Université Paris-Saclay)** de développer une nouvelle famille de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) hybrides essentiellement composés, comme le sont les plantes vertes, d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...). Leurs résultats parus dans la revue Advanced Functional Materials montrent que ces nouveaux photocatalyseurs permettraient de produire efficacement de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) à partir d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) grâce à la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...).

La lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) solaire est la principale source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) pour tous les organismes vivants. Grâce à elle, les plantes, par photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...), produisent leur propre nourriture en transformant le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) en sucres, et induisent également la photodissociation de l'eau menant à la production de H2 et O2. Raison pour laquelle les feuilles fascinent depuis toujours les scientifiques qui cherchent à s'en inspirer pour réaliser, de manière synthétique, une production "verte" d'hydrogène pour l'utiliser comme combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...).

Pour atteindre cet objectif, les recherches se sont orientées vers des photocatalyseurs à base de métaux nobles car ils sont généralement efficaces, mais la présence de ces métaux nobles les rend trop coûteux pour envisager des développements industriels. Pour s'en affranchir, les scientifiques de l'Institut de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) (CNRS/Université Paris-Saclay) et de l'Institut des sciences moléculaires d'Orsay (CNRS/Université Paris-Saclay) ont imaginé de nouveaux matériaux fabriqués essentiellement à base de carbone, constituant principal du végétal (Les classifications scientifiques classiques regroupent sous le terme végétal...).

En modifiant les propriétés électroniques de la graphydine, une forme cristalline (Une forme cristalline est un ensemble de faces d'un cristal qui sont dans un rapport de...) de carbone synthétique moins connue que le diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la...) ou le graphite, ils sont parvenus à optimiser l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) et la transformation de la lumière visible, menant à une photodissociation de l'eau efficace pour la production d'hydrogène que l'on peut donc qualifier d'hydrogène vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) ! Résultats qui font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'un article dans la revue Advanced Functional Materials.

Notes:

* Transformation de l'eau en H2 et O2 sous l'action de la lumière.

** En collaboration avec l'Université de Mons (L'Université de Mons (UMONS) est une université francophone de Belgique située...) (Belgique), le Catalan institute of nanoscience and nanotechnology (Espagne) et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) catholique de Louvain (Belgique).

Référence:
Jian Li, Amine Slassi, Xu Han, David Cornil, Minh‐Huong Ha‐Thi, Thomas Pino, Damien P. Debecker, Christophe Colbeau‐Justin, Jordi Arbiol, Jérôme Cornil & Mohamed Nawfal Ghazzal.
Tuning the Electronic Bandgap of Graphdiyne by H‐Substitution to Promote Interfacial Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) Carrier Separation for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production.
Advanced Functional Materials 2021

https://doi.org/10.1002/adfm.202100994
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