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  • Les nanofils de cuivre offrent un approche peu coûteuse de la récupération d'énergie solaire

    Cette image montre un réseau de nanofils de cuivre. Crédit :Zuofeng Chen

    Le cuivre orne la Statue de la Liberté, rend robuste, câblage abordable, et aide notre corps à absorber le fer. Maintenant, des chercheurs de l'université Duke aimeraient utiliser le cuivre pour transformer la lumière du soleil et l'eau en un combustible chimique.

    La conversion de l'énergie solaire en combustible stockable reste l'un des plus grands défis de la chimie moderne. L'une des façons dont les chimistes ont essayé de capturer la puissance du soleil est la division de l'eau, dans lequel les atomes de H2O sont séparés afin que l'hydrogène puisse être collecté et utilisé comme carburant. Les plantes le font naturellement par photosynthèse, et pendant un demi-siècle, les scientifiques ont essayé de recréer ce processus en bricolant des catalyseurs chimiques déclenchés par la lumière du soleil.

    L'oxyde d'indium et d'étain (ITO) est un matériau qu'ils ont couramment essayé d'utiliser. Les chercheurs le préfèrent pour sa transparence – qui laisse passer la lumière du soleil et déclenche les réactions de séparation de l'eau – et sa capacité à conduire l'électricité. Mais l'ITO est loin d'être un matériau idéal.

    "L'indium n'est pas très abondant, " a déclaré Ben Wiley, professeur adjoint de chimie à l'Université Duke. "Il est semblable en abondance à l'argent dans la croûte terrestre." Par conséquent, les piles à combustible solaires utilisant l'ITO resteront probablement chères et non compétitives avec les sources d'énergie conventionnelles comme le charbon et le gaz naturel, il a dit.

    Le laboratoire de Wiley a créé quelque chose qu'ils espèrent pouvoir remplacer l'ITO :des nanofils de cuivre fusionnés dans un film transparent. L'équipe, composée de deux chercheurs postdoctoraux, un étudiant diplômé, et un ancien étudiant diplômé de Duke - ont publié leur nouvelle approche le mois dernier dans le journal de chimie Angewandte Chemie .

    Les nanofils de cuivre, vu ici avec un revêtement en nickel, peut diviser les molécules d'eau sous la puissance de la lumière du soleil. Crédit :Zuofeng Chen

    Le cuivre est 1000 fois plus abondant et 100 fois moins cher que l'indium. Les catalyseurs à nanofils de cuivre coûtent également moins cher à produire que leurs homologues ITO car ils peuvent être "imprimés" sur des morceaux de verre ou de plastique sous forme d'encre liquide, à l'aide d'une machine qui fonctionne un peu comme une presse à imprimer. fabrication d'ITO, par contre, nécessite de grandes, chambres séquentielles de pompes et d'aspirateurs qui déposent une fine couche d'atomes d'indium à un rythme beaucoup plus lent.

    Les films de nanofils de cuivre sont constitués de réseaux de tiges métalliques microscopiques, les propriétés et les applications dont le laboratoire de Wiley a étudié pendant des années. Les nanofils offrent une grande surface spécifique pour catalyser la chimie, et l'équipe de Wiley a expérimenté leur revêtement de cobalt ou de nickel, des métaux qui servent de véritable catalyseur chimique. Même avec une couche de cobalt ou de nickel, les films de nanofils laissent passer près de sept fois plus de lumière solaire que l'ITO. Les films sont également flexibles, amenant Wiley à imaginer un jour les piles à combustible terminées attachées à des sacs à dos ou à des voitures.

    En attendant, Les défis de l'ingénierie et de la chimie demeurent. Les films de nanofils n'effectuent que la moitié de l'équation de séparation de l'eau, un processus appelé oxydation de l'eau. L'autre moitié de la réaction consiste à utiliser les électrons issus de l'oxydation de l'eau pour réduire l'eau en hydrogène. L'équipe de Wiley prévoit de publier ses travaux sur ce processus au cours de l'année à venir.

    Il s'agit d'un gros plan d'un seul nanofil de cuivre et de sa coque en nickel. Crédit :Zuofeng Chen

    « De nombreux groupes travaillent à la mise en place de dispositifs complets pour générer des carburants à partir du soleil, " il a dit, mais « l'efficacité et les coûts de ces systèmes doivent être améliorés pour qu'ils parviennent à une [production] commerciale ».

    Wiley a noté que la production d'énergie solaire n'est qu'une application des films de nanofils de cuivre qu'ils étudient. Les nanofils sont également prometteurs pour une utilisation dans les écrans tactiles flexibles, lumières organiques LED (ou OLED) et verre intelligent.


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