Des systèmes organiques/inorganiques pour produire de l'hydrogène
Publié par Redbran le 16/12/2016 à 12:00
Source: CORDIS-Europa
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’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne...), l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) produit représentera une solution de remplacement prometteuse aux combustibles fossiles.


Illustration: projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) PHOCS
Dans les systèmes photo-électrochimiques, l'hydrogène est produit par des semi-conducteurs spécialisés qui utilisent la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à...) solaire pour dissocier les molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) en hydrogène et oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.). Les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) semi-conducteurs utilisés jusqu'à présent pour convertir l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau et...) en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) de la lumière des semi-conducteurs organiques avec les capacités de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions de...) de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) des semi-conducteurs inorganiques.

Les chercheurs ont donc déposé une couche d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) de titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) nanométrique sur les matériaux photosensibles qui agissent comme barrière entre l'eau et les semi-conducteurs organiques. Par ailleurs, le nanomatériau (Un nanomatériau est un matériau possédant des propriétés particulières à cause de sa structure nanométrique. Elle est habituellement issue de la nanotechnologie.) métallique a connecté électriquement les électrodes au catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie...) de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) utilisé. Ainsi, le système photo-électrochimique collecteur de lumière devient plus stable dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) 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 (L'heure est une unité de mesure  :), 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 (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et possède...) 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 (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.), l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) 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 (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute...). De nouveaux fullerènes synthétisés ont été proposés pour promouvoir des réactions de réduction d'oxygène sans métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins....).

Les résultats du projet PHOCS peuvent être appliqués à des champs associés tels que les dispositifs photovoltaïques, la bioélectronique organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.), 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
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