Les nanocouches de PCN exposées à la lumière du soleil peuvent diviser l'eau. Crédit :Nannan Meng/Université de Tianjin
L'un des enjeux majeurs de la transition vers les énergies renouvelables est de fournir de l'énergie même en l'absence d'ensoleillement. La production d'hydrogène en séparant l'eau à l'aide de la lumière du soleil pourrait offrir une solution. L'hydrogène est un bon moyen de stockage d'énergie, et peut être utilisé de plusieurs manières. Cependant, des catalyseurs sont nécessaires pour diviser l'eau. Le platine est souvent utilisé, mais c'est rare et cher. Les chercheurs recherchent donc des alternatives plus économiques. Maintenant, une équipe dirigée par le Dr Tristan Petit du HZB, avec des collègues dirigés par le professeur Bin Zhang de l'Université de Tianjin, Tianjin, Chine, a fait des progrès importants en utilisant une classe bien connue de photocatalyseurs sans métal.
Bin Zhang et son équipe se spécialisent dans la synthèse de nitrures de carbone polymères (PCN) en tant que catalyseur pour la production d'hydrogène. Les molécules de PCN forment une structure qui peut être comparée à de fines couches de pâte filo - des feuilles étroitement emballées de ce matériau sont emballées ensemble. Les chimistes chinois ont maintenant réussi à séparer les feuilles individuelles les unes des autres au moyen d'un traitement thermique en deux étapes relativement simple, de la même manière que la pâte feuilletée se sépare en couches croustillantes individuelles au four. Le traitement thermique a produit des échantillons constitués de nanocouches individuelles avec de grands pores contenant différents groupes aminés avec des fonctionnalités spécifiques.
Petit et son équipe ont étudié une série de ces échantillons de PCN à BESSY II. "Nous avons pu déterminer quels groupes aminés et oxygénés s'étaient déposés dans les pores, " dit le doctorant Jian Ren, co-premier auteur de la publication. Les chercheurs ont analysé comment des groupes aminés spécifiques attirent les électrons vers eux-mêmes, une propriété particulièrement favorable pour le fractionnement de l'eau, et comment de nouveaux défauts à base d'oxygène se sont formés.
le traitement thermique a produit des échantillons constitués de nanocouches individuelles avec de grands pores contenant différents groupes amino avec des fonctionnalités spécifiques. Crédit :Nannan Meng/Université de Tianjin
Lorsqu'il est combiné avec du nickel comme co-catalyseur, ces échantillons de PCN nanostructuré ont en fait montré une efficacité record, 11 fois celle du PCN normal sous irradiation à la lumière visible.
"Cela démontre que le PCN est un catalyseur potentiel intéressant pour la production solaire-hydrogène, se rapprochant de l'efficacité des catalyseurs inorganiques, " dit Petit, qui est membre Freigeist de la Fondation Volkswagen. "En outre, ce travail montre également que les spectroscopies de rayons X mous sont des outils essentiels pour démêler d'éventuels sites catalytiquement actifs sur les photocatalyseurs."
