L’hydrogène gazeux et le méthanol pour les piles à combustible ou comme matières premières pour l’industrie chimique, par exemple, pourraient être produits de manière plus durable en utilisant la lumière du soleil, selon une nouvelle étude de l’Université d’Uppsala. Dans cette étude, les chercheurs ont développé un nouveau matériau de revêtement pour les semi-conducteurs qui peut créer de nouvelles opportunités de produire des carburants dans des processus combinant la lumière directe du soleil et l’électricité. L’étude est publiée dans Nature Communications .
«Nous nous sommes rapprochés de notre objectif de produire le carburant du futur à partir de la lumière du soleil», déclare Sascha Ott, professeur au département de chimie de l’Université d’Uppsala.
Aujourd’hui, l’hydrogène et le méthanol sont produits principalement à partir de sources fossiles comme le pétrole ou le gaz naturel. Une option plus écologique et plus respectueuse du climat consiste à fabriquer ces substances à partir d’eau et de dioxyde de carbone, en utilisant une électricité durable, dans ce que l’on appelle des électrolyseurs. Ce processus nécessite de l’énergie électrique sous forme de tension appliquée.
Les scientifiques ont mis au point un nouveau matériau qui réduit la tension nécessaire dans le processus en utilisant la lumière du soleil pour compléter l’électricité.
Pour capter la lumière du soleil, ils ont utilisé des semi-conducteurs du même type que ceux trouvés dans les cellules solaires. Le nouvel aspect de l’étude est que les semi-conducteurs ont été recouverts d’un nouveau matériau de revêtement qui extrait les électrons du semi-conducteur lorsque le soleil brille. Ces électrons sont ensuite disponibles pour des réactions de formation de carburant, telles que la production d’hydrogène gazeux.
Le revêtement est une «ossature métal-organique» – un réseau tridimensionnel composé de molécules organiques individuelles maintenues en place, à l’échelle sub-nanométrique, par de minuscules connecteurs métalliques. Les molécules capturent les électrons générés par la lumière du soleil et les éliminent de la surface du semi-conducteur, où des réactions chimiques indésirables pourraient autrement se produire. En d’autres termes, le revêtement empêche le système de court-circuiter, ce qui à son tour permet une collecte efficace d’électrons.
Lors de tests, les chercheurs ont pu montrer que leur nouvelle conception réduit considérablement la tension nécessaire pour extraire les électrons du semi-conducteur.
«Nos résultats suggèrent que les revêtements innovants peuvent être utilisés pour améliorer les performances des semi-conducteurs, conduisant à une génération de carburants plus écoénergétique avec des exigences d’entrée électriques plus faibles», déclare Sascha Ott.
Anna M. Beiler et coll. (2020), Amélioration des photovoltaïques au niveau des semi-conducteurs de type p grâce à un revêtement de surface à ossature métallique-organique actif redox. Communications de la nature . DOI: 10.1038 / s41467-020-19483-5
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