Electronique fonctionnant à l'hydrogène, voyager, et plus peut être un pas de plus grâce au travail d'une équipe collaborative de scientifiques au Japon. Les chercheurs ont développé une méthode efficace pour produire un composant clé nécessaire pour convertir l'énergie solaire et l'eau en carburant hydrogène, un processus appelé fractionnement photoélectrochimique de l'eau. Ils ont publié leurs résultats en octobre dans Matériaux énergétiques appliqués , un journal de l'American Chemical Society.

"Avec l'abondance de l'énergie solaire et de l'eau, la séparation photoélectrochimique de l'eau est un moyen prometteur d'atténuer les problèmes d'environnement mondial et de stockage d'énergie, " a déclaré l'auteur principal Katsuya Teshima, professeur au Département de chimie des matériaux et directeur du Centre des sciences de l'énergie et de l'environnement de l'Université de Shinshu. Teshima est également affilié à l'Institut de technologie Nanshin de la préfecture de Nagano.

Dans le fractionnement de l'eau, une photo-anode, qui est un semi-conducteur et une cathode métallique, absorbe la lumière du soleil. Le semi-conducteur absorbe les photons de haute énergie de cette lumière, ce qui force la division des molécules autour du semi-conducteur. Cela fait que l'oxygène se sépare de l'hydrogène et se combine avec d'autres molécules d'oxygène libres. Les paires d'hydrogène et les paires d'oxygène peuvent ensuite être acheminées séparément vers les cathodes appropriées pour être stockées et utilisées comme énergie.

Le problème, cependant, selon Teshima et son collègue, Suzuki, est que les premières photo-anodes proposées ne pouvaient absorber que la lumière UV, qui représente environ cinq pour cent du spectre solaire. Fabriqué en oxyde de titane, ces photo-anodes sont très efficaces pour convertir l'énergie solaire qu'elles captent, mais ils ne sont pas une option viable pour une utilisation industrielle car ils captent si peu d'énergie solaire.

Teshima et son équipe se sont tournés vers le nitrure de tantale, l'un des matériaux sensibles à la lumière les plus prometteurs disponibles pour une utilisation dans le fractionnement de l'eau. Non seulement il peut absorber la lumière visible, mais il peut aussi absorber la lumière avec une longueur d'onde jusqu'à 600 nanomètres, ce qui permet encore plus d'absorption de la lumière. Les chercheurs ont précédemment fabriqué les cristaux de nitrure de tantale, mais le processus était compliqué et la couche cristalline résultante variait en épaisseur et en couverture. Une telle irrégularité peut conduire à des efforts de fractionnement de l'eau inefficaces ou même complètement inefficaces.

Dans cette nouvelle tentative, Teshima a placé les échantillons de tantale métallique sur des composés de sodium en poudre, et les a chauffés avec de l'ammoniac gazeux à haute température. Les chercheurs ont pu contrôler l'uniformité des réactions des composés de sodium avec le tantale, ainsi que l'épaisseur de la couche cristalline qui s'est développée en modifiant le rapport des composés de sodium, la température, et le temps.

"Notre objectif ultime est de produire efficacement de l'hydrogène et de l'oxygène à partir d'eau naturelle en utilisant notre photo-anode à flux, " Teshima a déclaré. "Comme les problèmes d'environnement et d'énergie sont des problèmes mondiaux, nous voulons contribuer à leurs solutions."