Une équipe de recherche dirigée par le professeur Jongmin Choi du département de science et d’ingénierie de l’énergie du DGIST (président Kunwoo Lee), en collaboration avec une équipe dirigée par le professeur Younghoon Kim du département de chimie de l’université Kookmin, a développé une photoélectrode très efficace qui produit de l’hydrogène à partir de la lumière du soleil grâce à un procédé aqueux à basse tension.
Les technologies qui produisent de l’hydrogène — une source d’énergie propre — à partir de la lumière du soleil emploient principalement le dioxyde de titane (TiO₂). Bien que très stable, le dioxyde de titane présente une efficacité limitée car il ne peut absorber que la lumière ultraviolette. Pour surmonter cette limite, les chercheurs explorent des moyens de le combiner avec des nanomatériaux à base d’argent et de bismuth qui absorbent un spectre lumineux plus large. Cependant, les méthodes conventionnelles nécessitent des tensions élevées de 200 volts (V) ou plus ainsi que des solvants organiques toxiques pour fixer ces matériaux aux électrodes, ce qui pose un problème allant à l’encontre de l’objectif initial de « production d’hydrogène respectueuse de l’environnement ».
L’équipe de recherche conjointe a entièrement résolu ce problème en remplaçant les molécules présentes à la surface des nanocristaux par des « molécules hydrophiles » se mélangeant facilement à l’eau, puis en mettant en œuvre le procédé de « dépôt électrophorétique en milieu aqueux », dans lequel une basse tension est appliquée dans une solution aqueuse pour provoquer l’adhérence des particules à l’électrode.
L’équipe a ainsi considérablement réduit la tension du procédé, qui est passée de 200 V à seulement 4 V, une tension comparable à celle d’une pile. De plus, les chercheurs sont parvenus à déposer le matériau sur l’électrode en seulement trois minutes dans une solution aqueuse sûre, sans utiliser de solvants organiques toxiques, éliminant ainsi complètement les problèmes d’endommagement de la surface et de formation d’impuretés (sous-produits d’oxydation) qui survenaient dans des conditions de haute tension.
La photoélectrode nouvellement développée a présenté une augmentation d’environ un facteur dix, voire supérieure, du photocourant sous éclairage par rapport aux électrodes conventionnelles à matériau unique. Lors d’expériences menées dans des conditions similaires à la lumière naturelle du soleil, elle a atteint une excellente densité de photocourant de 3,0 milliampères par centimètre carré (mA/cm²). Elle a conservé de manière constante 65,1 % de ses performances initiales après deux heures d’exposition continue à la lumière, tandis que l’analyse des gaz a confirmé que l’hydrogène avait bien été produit.
Cette avancée devrait apporter une contribution significative à la commercialisation d’une production d’« hydrogène vert véritablement écologique », car elle utilise des matériaux excluant totalement les substances dangereuses telles que le plomb et le cadmium, tout en réduisant considérablement l’utilisation de solvants organiques et le recours à des tensions élevées lors du procédé de dépôt.
« L’importance de cette étude réside dans l’obtention d’une efficacité élevée de production d’hydrogène grâce à un procédé aqueux sûr et propre à basse tension, surmontant les limites des procédés conventionnels qui reposaient sur des tensions élevées et des solvants toxiques », a déclaré le professeur Jongmin Choi du département de science et d’ingénierie de l’énergie du DGIST. « Cette avancée constituera une base importante pour accélérer l’application pratique de la technologie de production d’hydrogène écologique. »
Article : Eco-Friendly Aqueous Electrophoretic Deposition of TiO₂–AgBiS₂ Heterojunctions for Photoelectrochemical Hydrogen Production – Journal : Small – DOI : Lien vers l’étude
Source : DGIST
