L'hydrogène gazeux est un carburant « vert » prometteur. L'élément chimique le plus léger, l'hydrogène est un réservoir d'énergie efficace et pourrait potentiellement remplacer l'essence dans les véhicules. Cependant, l'élément n'existe pas en grande quantité dans la nature, et doit être produit artificiellement.

L'hydrogène peut être produit en divisant l'eau (H2O) en hydrogène (H2) et en oxygène (O2). Il y a plusieurs façons de le faire, mais parmi les plus propres - donc les plus attrayants - utilise des cellules solaires. Ces appareils captent l'énergie de la lumière du soleil pour entraîner la réaction de séparation de l'eau.

La lumière du soleil vient dans un spectre, avec chaque couleur ayant une longueur d'onde différente. Les cellules solaires doivent absorber la lumière de longueurs d'onde particulières, en fonction de la quantité d'énergie dont la cellule a besoin pour entraîner la réaction. Plus il capture du spectre, plus il produit d'hydrogène. Malheureusement, la plupart des cellules n'absorbent que des longueurs d'onde de lumière plus courtes, correspondant à la région d'énergie plus élevée de la lumière visible au-dessous du domaine de la lumière rouge. Cela signifie que même si des couleurs telles que la lumière bleue et verte peuvent être utilisées, le reste est gaspillé.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Kyushu au Japon et de son Institut de recherche sur l'énergie neutre en carbone (I2CNER) ont potentiellement résolu ce problème. Ils ont inventé un appareil alimenté par la lumière proche infrarouge (NIR) - la partie du spectre, invisible à l'œil nu, avec des longueurs d'onde plus longues que la lumière rouge visible. Ainsi, ils ont permis un spectre de lumière plus large, y compris les UV, visible, et NIR, à récolter. Leur conception exploite intelligemment la chimie du ruthénium, un métal lourd apparenté au fer. Leur réalisation a été signalée dans Angewandte Chemie Édition Internationale .

Des matériaux hybrides métal-organiques particuliers sont bons pour capturer la lumière, ce qui aide leurs électrons à "sauter" dans des orbitales dans les parties organiques des matériaux attachés au centre métallique. Dans les cellules solaires, c'est la première étape de la production d'hydrogène, puisque les électrons sont les moteurs de la chimie. Cependant, le saut entre les orbitales est généralement si important que seuls les UV et la région à plus haute énergie de la lumière visible ont suffisamment d'énergie pour le stimuler. Rouge, NIR, et la lumière IR encore plus longue est simplement réfléchie ou traverse les appareils, et leur énergie reste inutilisée.

Le design Kyushu est différent. "Nous avons introduit de nouvelles orbitales électroniques dans les atomes de ruthénium, ", explique l'auteur correspondant de l'étude, le professeur Ken Sakai. "C'est comme ajouter des barreaux à une échelle - maintenant les électrons dans le ruthénium n'ont pas si loin à sauter, afin qu'ils puissent utiliser des énergies de lumière inférieures telles que le rouge et le NIR. Cela double presque la quantité de photons solaires que nous pouvons récolter."

L'astuce consiste à utiliser un composé organique - des anneaux hexagonaux de carbone et d'azote - pour lier trois atomes métalliques en une seule molécule. En réalité, cela crée non seulement ces nouveaux "échelons" - d'où la possibilité d'utiliser la lumière rouge et NIR - mais rend également la réaction plus efficace en raison de l'expansion spatiale de la partie de récolte de lumière de la molécule. Ainsi, la production d'hydrogène est accélérée.

"Il a fallu des décennies d'efforts dans le monde entier, mais nous avons finalement réussi à conduire la réduction de l'eau pour faire évoluer H2 en utilisant le NIR, " dit Sakai. " Nous espérons que ce n'est que le début - plus nous comprenons la chimie, mieux nous pouvons concevoir des appareils pour rendre propre, stockage d'énergie à base d'hydrogène une réalité commerciale."