Une équipe de chercheurs de l’Université d’État de l’Oregon a créé un matériau révolutionnaire capable de transformer la lumière du soleil et l’eau en énergie propre.
Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour la production d’hydrogène, un carburant propre qui pourrait contribuer à réduire les gaz nocifs dans l’air.
Créer de l’hydrogène à partir de l’eau grâce à un photocatalyseur
Les chercheurs ont créé une substance spéciale appelée photocatalyseur.
Ce photocatalyseur peut décomposer les molécules d’eau en utilisant la lumière du soleil pour produire de l’hydrogène très rapidement et efficacement. L’hydrogène est un carburant propre qui peut alimenter les voitures et aider à fabriquer de nombreux produits utiles comme les engrais et les plastiques.
Habituellement, l’hydrogène est obtenu à partir du gaz naturel, ce qui n’est pas bon pour l’environnement. Cette nouvelle façon de produire de l’hydrogène pourrait être beaucoup plus propre.
L’équipe a travaillé sous la direction de Kyriakos Stylianou de l’OSU College of Science. Ils ont utilisé des matériaux spéciaux appelés structures organométalliques (MOF) pour fabriquer leur photocatalyseur. Les MOF sont de minuscules structures constituées d’ions métalliques et de molécules organiques.
Ils ont de très petits trous et peuvent être conçus de différentes manières pour effectuer différents travaux.
Dans ce casles chercheurs ont utilisé un MOF pour fabriquer ce qu’on appelle une hétérojonction d’oxyde métallique. Il s’agit d’un mélange de deux matériaux qui fonctionnent bien ensemble. Ils ont appelé leur création RTTA.
Comment se produit la magie de la séparation de l’eau ?
Le photocatalyseur RTTA est composé de deux parties principales : Oxyde de ruthénium et oxyde de titane.
Les chercheurs ont ajouté de petites quantités de soufre et d’azote à l’oxyde de titane pour le rendre plus efficace. Lorsque la lumière du soleil brille sur le RTTA, il peut décomposer les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène très rapidement.
L’équipe a testé différentes versions du RTTA avec différentes quantités d’oxyde de ruthénium et d’oxyde de titane. Ils ont découvert qu’une version, appelée RTTA-1, était la plus efficace. Cette version contenait la plus petite quantité d’oxyde de ruthénium.
Le RTTA-1 pouvait produire beaucoup d’hydrogène très rapidement. En une heure seulement, un gramme de RTTA-1 produisait plus de 10 700 micromoles d’hydrogène. C’est une quantité énorme ! Il utilisait aussi très bien la lumière.
Pour 100 particules lumineuses (appelées photons) qui frappent RTTA-1, 10 d’entre elles contribuent à la formation d’hydrogène. On parle alors d’un rendement quantique de 10 %, ce qui est très bon pour ce type de processus.
Pourquoi ça marche si bien ?
Les chercheurs pensent que le RTTA-1 fonctionne si bien en raison de la façon dont il différentes pièces fonctionnent ensemble.
Les oxydes métalliques ont des propriétés spéciales qui facilitent le déplacement des électrons. La surface du matériau, qui provient du MOF d’origine, y contribue également. Lorsque tous ces éléments fonctionnent ensemble, la production d’hydrogène se fait très rapidement et efficacement.
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Cette étude montre que l’utilisation d’hétérojonctions d’oxydes métalliques dérivées de MOF comme photocatalyseurs pourrait être un excellent moyen de produire de l’hydrogène dans le monde réel. Il s’agit d’une étape importante vers la production d’énergie propre d’une manière qui ne nuit pas à l’environnement.
Une façon plus propre de produire de l’hydrogène
À l’heure actuelle, la majeure partie de l’hydrogène est produite à partir de gaz naturel dans un processus appelé reformage à la vapeur du méthane. Ce procédé libère du dioxyde de carbone, ce qui est mauvais pour l’environnement. La nouvelle méthode de photocatalyseur est beaucoup plus propre car elle n’utilise que de l’eau et de la lumière du soleil.
Certains producteurs produisent déjà de l’hydrogène à partir d’électricité et d’eau, ce que l’on appelle l’électrocatalyse. Mais pour que cette méthode soit bénéfique pour l’environnement, l’électricité doit provenir de sources renouvelables comme l’énergie éolienne ou solaire. Elle doit également être bon marché pour concurrencer l’ancienne méthode de production d’hydrogène.
Stylianou, le chercheur principal, explique que l’eau est une excellente source d’hydrogène car elle est présente en grande quantité. Utiliser la lumière du soleil pour transformer l’eau en hydrogène est une façon d’utiliser l’énergie solaire, dont nous disposons en abondance sur Terre.
L’un des problèmes possibles est que l’oxyde de ruthénium, l’un des matériaux utilisés dans le photocatalyseur, est cher. Cependant, Stylianou souligne qu’ils n’en utilisent qu’une très petite quantité dans leur photocatalyseur. Si le catalyseur fonctionne bien et dure longtemps lorsqu’il est utilisé dans des applications réelles, la petite quantité de matériau coûteux devient moins importante.
Ce nouveau photocatalyseur est une avancée passionnante dans le monde de l’énergie propre. Il montre que nous pouvons trouver de nouvelles façons de produire les carburants dont nous avons besoin sans nuire à l’environnement. À mesure que la recherche se poursuit, nous pourrions voir d’autres avancées qui rendront la production d’hydrogène propre encore meilleure et moins chère.
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