Des chercheurs de l'université d'Osaka créent un nouveau matériau à base d'or et de phosphore noir pour produire de l'hydrogène propre en utilisant le spectre complet de la lumière du soleil

Le changement climatique mondial et la crise énergétique signifient que des alternatives aux combustibles fossiles sont nécessaires de toute urgence. Parmi les carburants à faible teneur en carbone les plus propres se trouve l'hydrogène, qui peut réagir avec l'oxygène pour libérer de l'énergie, n'émet rien de plus nocif que l'eau (H2O) en tant que produit. Cependant, la plupart de l'hydrogène sur terre est déjà enfermé dans H2O (ou d'autres molécules), et ne peut pas être utilisé pour le pouvoir.

L'hydrogène peut être généré en divisant H2O, mais cela consomme plus d'énergie que l'hydrogène produit ne peut en restituer. Le fractionnement de l'eau est souvent alimenté par l'énergie solaire, conversion dite "solaire-hydrogène". Des matériaux comme l'oxyde de titane, appelés semi-conducteurs à large bande interdite, sont traditionnellement utilisés pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique pour la réaction photocatalytique. Cependant, ces matériaux sont inefficaces car seule la partie ultraviolette (UV) de la lumière est absorbée - le reste du spectre de la lumière solaire est gaspillé.

Maintenant, une équipe de l'université d'Osaka a développé un matériau pour récolter un spectre plus large de lumière solaire. Les composites en trois parties de ce matériau maximisent à la fois l'absorption de la lumière et son efficacité pour la séparation de l'eau. Le noyau est un semi-conducteur traditionnel, oxyde de lanthane et de titane (LTO). La surface du LTO est en partie recouverte de minuscules grains d'or, connu sous le nom de nanoparticules. Finalement, le LTO recouvert d'or est mélangé à des feuilles ultrafines de l'élément phosphore noir (BP), qui agit comme un absorbeur de lumière.

"Le BP est un matériau merveilleux pour les applications solaires, parce que nous pouvons régler la fréquence de la lumière simplement en faisant varier son épaisseur, de l'ultra fin au vrac, " dit le chef d'équipe Tetsuro Majima. " Cela permet à notre nouveau matériau d'absorber la lumière visible et même proche infrarouge, ce que nous n'aurions jamais pu réaliser avec le seul LTO."

En absorbant ce large champ d'énergie, BP est stimulé pour libérer des électrons, qui sont ensuite conduits aux nanoparticules d'or enrobant le LTO. Les nanoparticules d'or absorbent également la lumière visible, provoquant la secousse de certains de ses propres électrons. Les électrons libres des nanoparticules de BP et d'or sont ensuite transférés dans le semi-conducteur LTO, où ils agissent comme un courant électrique pour le fractionnement de l'eau.

La production d'hydrogène à l'aide de ce matériau est améliorée non seulement par le spectre plus large d'absorption de la lumière, mais par la conduction électronique plus efficace, causée par l'interface unique entre les matériaux bidimensionnels de BP et LTO. Par conséquent, le matériau est 60 fois plus actif que le LTO pur.

"En récupérant efficacement l'énergie solaire pour produire du carburant propre, ce matériau pourrait aider à assainir l'environnement, " dit Majima. " De plus, nous espérons que notre étude du mécanisme stimulera de nouvelles avancées dans la technologie des photocatalyseurs."