Les chimistes de NUS ont développé des cadres organiques covalents conjugués au carbone pour la production catalytique d'hydrogène gazeux à partir de l'eau.

L'hydrogène gazeux devient important en tant que moyen de stockage pour les applications énergétiques durables. L'utilisation de la lumière du soleil, une source d'énergie renouvelable et durable pour décomposer l'eau en hydrogène gazeux suscite un intérêt scientifique important. Cependant, cette conversion de l'eau en hydrogène gazeux ne se produit pas spontanément. Cela nécessite un système complexe qui implique un flux d'électrons libres générés par la source lumineuse qui agit comme un courant électrique pour diviser la molécule d'eau.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur JIANG Donglin du département de chimie, NUS a développé une nouvelle classe de photocatalyseurs utilisant des cadres organiques covalents conjugués au carbone (COF) pour la production d'hydrogène gazeux à partir d'eau utilisant l'énergie solaire. L'équipe de recherche a construit un matériau organique mais robuste dans lequel des blocs de construction à base de carbone sont reliés par des liaisons spécifiques d'une manière ordonnée préconçue sur le plan topologique. Cette structure moléculaire unique ressemble à des couches empilées de réseaux bidimensionnels et est capable de récolter efficacement la lumière du soleil. Les chercheurs ont inséré des nanoparticules de platine comme centres de réaction dans le COF et sous irradiation de lumière visible (≥ 420 nm), de l'hydrogène gazeux a été généré à un taux constant de 1, 360 μmol h-1g-1 sur une période de cinq heures.

Le photocatalyseur nouvellement développé possède plusieurs mécanismes moléculaires qui lui permettent de produire efficacement de l'hydrogène gazeux à partir de l'eau. Il se compose de cadres de carbone sp2 qui sont conjugués en avec des bandes interdites à faible énergie. Cela permet l'absorption de la lumière du spectre visible au proche infrarouge. Les chercheurs ont également conçu la périphérie (position du bord le plus externe) du réseau bidimensionnel en couches avec des unités déficientes en électrons pour contrôler de manière synthétique les propriétés électroniques et photoélectriques du photocatalyseur. De plus, comme la structure a des réseaux colonnaires denses et ordonnés, ceux-ci fournissent des voies pour faciliter la migration des excitons (un exciton est un état lié d'une paire électron-trou) et le transport de charge.

Le professeur Jiang a dit, "Des nanoparticules telles que le platine peuvent être chargées dans les pores ou à la surface du photocatalyseur pour servir de centres de réaction. Cela raccourcit la distance de transfert d'électrons et favorise l'accumulation d'électrons, améliorer les performances de conversion."

« Nous prévoyons que ce travail peut offrir la base structurelle et mécanique pour une production de carburant évolutive et durable à partir de l'eau et de la lumière du soleil, " a ajouté le professeur Jiang.