Hydrogène : avancée vers des catalyseurs solaires

Les laboratoires du monde entier s’acharnent à augmenter l’efficacité de la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau afin de diminuer la consommation d’énergie nécessaire à cette réaction. L’objectif ultime est de parvenir à réaliser l’électrolyse avec un apport minimum d’électricité qui pourrait être produite à l’aide de cellules solaires. Des chercheurs australiens de l’Université Monash, du CSIRO et américains ont réussi, pour la première fois, à dissocier de l’eau en hydrogène et en oxygène en utilisant la lumière du soleil, une faible quantité d’électricité et un composé manganésifère.

Un des facteurs limitant la production industrielle d’hydrogène est l’inefficacité des catalyseurs de la réaction, ou leur coût. Les organismes photosynthétiques étant les seuls systèmes naturels capables de photo-oxyder l’eau de façon efficace en utilisant la lumière visible, on essaye de concevoir des catalyseurs inspirés de leurs complexes catalytiques.

Les analyses par diffraction des rayons X ont révélé qu’un de ces complexes catalytiques naturels comporte un noyau à configuration approximativement cubique, composé de quatre atomes de manganèse liés à un atome de calcium et à des atomes d’oxygène.

Les catalyseurs synthétisés à partir de ce modèle structural se sont jusqu’à présent tous avérés inactifs. Le nouveau catalyseur stable utilise des noyaux de manganèse de type "cubanes" [Mn4O4L6], développés il y a quelques années par un des chercheurs, comprenant des cubes [Mn4O4]n+ liés à un diaryle phosphinate de formule (p-R-C6H4)2PO2- (avec R=H, alkyle, ou Ome).

Les chercheurs ont montré qu’une anode recouverte d’une membrane perfluorosulfonée Nafion imprégnée avec ce catalyseur électro-oxyde l’eau à des potentiels électriques compris entre 0,8 et 1,2 V (vs Ag/AgCl), en présence d’énergie lumineuse. Une fois lié aux parois des pores du conducteur protonique Nafion, le catalyseur s’est avéré être stable.

Les tests ont montré que le catalyseur était encore actif après trois jours de production continue d’oxygène et d’hydrogène. La prochaine étape consistera bien sûr à réaliser l’électrolyse sans autre apport d’énergie que celle du soleil.