Vers une production solaire de dihydrogène vert

Publié par Adrien le 02/09/2019 à 08:00
Source: CNRS INC
Associant électrolyse de l'eau et énergie solaire, des chimistes de l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1) et de l'Institut Lavoisier de Versailles (CNRS/UVSQ - Université Paris-Saclay), en collaboration avec l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) de Rennes et la plateforme ScanMAT (CNRS/Université Rennes 1), ont développé de nouvelles électrodes plus robustes et plus "propres" pour produire du dihydrogène (Le dihydrogène est la forme moléculaire de l'élément hydrogène, qui existe à l'état gazeux aux conditions normales de pression et de température. Les molécules comportent deux atomes...) vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur,...). Une étude publiée dans la revue Journal of the American Chemical Society.

Le dihydrogène présente un immense potentiel comme vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un scalaire. Un n-uplet peut constituer un...) de stockage et de valorisation des énergies renouvelables: par unité de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...), il est en effet capable de stocker environ trois fois plus d'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.) que l'essence. Ce gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) peut être produit par électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), procédé propre lorsqu'il utilise 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 également la...) renouvelable. Cependant, ce procédé électrochimique est utilisé pour produire moins de 5% de la production mondiale de dihydrogène. La quasi-totalité de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) est produit à partir du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.) (méthane) selon un procédé polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène biologique, physique ou chimique, qui audelà d'un certain seuil, et parfois dans certaines conditions (potentialisation),...).

Pour mettre en oeuvre cette électrolyse de l'eau à l'échelle industrielle et produire ainsi du dihydrogène vert, des chimistes de l'Institut des sciences Chimiques de rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1) et l'Institut Lavoisier de Versailles (CNRS/Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paris-Saclay), en collaboration avec l'Institut de physique de Rennes et la plateforme ScanMAT (CNRS/Université Rennes 1), ont mis au point (Graphie) de nouvelles photocathodes impliquant des éléments peu onéreux et abondants. En utilisant un polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un système formé par un ensemble de macromolécules de même nature chimique. Les termes...) stabilisant, ils ont recouvert un support micro-structuré de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.), qui assure la robustesse, par un nouveau 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 ni des produits, ni des...) à base de molybdène (Le molybdène est un élément chimique, de symbole Mo et de numéro atomique 42.) et de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.), supporté sur un analogue moléculaire 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 également l'ion oxyde O2-.) de tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74.) appelé polyoxométallate. Ils ont montré que ces électrodes sont capables de produire 100 µmol cm^-2 h^-1 de dihydrogène sous une illumination équivalente au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...) et à 0 V versus Reversible Hydrogen Electrode. Un record qui permet de rêver à une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) à la fois robuste et économique pour une production de dihydrogène vert à partir d'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...).

Référence

Jeoffrey Tourneur, Bruno Fabre, Gabriel Loget, Antoine Vacher, Cristelle Mériadec, Soraya Ababou-Girard, Francis Gouttefangeas, Loic Joanny, Emmanuel Cadot, Mohamed Haouas, Nathalie Leclerc-Laronze, Clément Falaise (Une falaise est un escarpement rocheux créé par l'érosion le long d'une côte. On peut distinguer les falaises basses (hauteur inférieure à 2 mètres),...) et Emmanuel Guillon.
Molecular and Material Engineering of Photocathodes Derivatized with Polyoxometalate Supported- {Mo3S4} HER Catalysts
Journal of the American Chemical Society - Juillet 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b03950
Financement: 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...) ANR (CHALCO-CAT, ANR-15-CE06-0002-01) et LabEx CHARMMMAT de l'Université Paris-Saclay (ANR-11-LABX-0039).
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