L'hydrogène est une source d'énergie propre qui peut être produite en séparant les molécules d'eau avec la lumière. Cependant, il est actuellement impossible d'y parvenir à grande échelle. Dans une percée récente, scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo, Japon, ont développé une nouvelle méthode qui utilise une décharge de plasma en solution pour améliorer les performances du photocatalyseur dans la réaction de séparation de l'eau. Cela ouvre la porte à l'exploration d'un certain nombre de photocatalyseurs qui peuvent aider à intensifier cette réaction.

L'aggravation de la crise environnementale mondiale, couplée à l'épuisement des combustibles fossiles, a motivé les scientifiques à rechercher des sources d'énergie propres. Hydrogène (H 2 ) peut servir de carburant écologique, et la production d'hydrogène est devenue un sujet de recherche brûlant. Bien que personne n'ait encore trouvé un moyen économe en énergie et abordable de produire de l'hydrogène à grande échelle, les progrès dans ce domaine sont constants et diverses techniques ont été proposées.

L'une de ces techniques consiste à utiliser de la lumière et des catalyseurs (matériaux qui accélèrent les réactions) pour diviser l'eau (H 2 O) en hydrogène et oxygène. Les catalyseurs ont des structures cristallines et la capacité de séparer les charges aux interfaces entre certains de leurs côtés. Lorsque la lumière frappe le cristal à certains angles, l'énergie de la lumière est absorbée dans le cristal, provoquant la libération de certains électrons de leurs orbites d'origine autour des atomes du matériau. Lorsqu'un électron quitte sa place d'origine dans le cristal, une vacance chargée positivement, connu comme un trou, est créé dans la structure. Généralement, ces états "excités" ne durent pas longtemps, et les électrons libres et les trous finissent par se recombiner.

C'est le cas du vanadate de bismuth (BiVO 4 ) des catalyseurs cristallins également. BiVO 4 a été récemment exploré pour les réactions de séparation de l'eau, étant donné sa promesse en tant que matériau dans lequel une séparation de charge peut se produire lors d'une excitation avec la lumière visible. La recombinaison rapide de paires d'entités chargées ("porteurs") est un inconvénient car les porteurs doivent participer séparément aux réactions qui brisent l'eau.

Dans une étude récente publiée dans Revue de génie chimique , scientifiques du Centre international de recherche sur la photocatalyse de l'Université des sciences de Tokyo, Japon, avec des scientifiques de la Northeast Normal University en Chine, a développé une nouvelle méthode pour améliorer les caractéristiques de séparation de charge de BiVO décaédrique (dix côtés) 4 catalyseurs cristallins. le professeur Terashima, scientifique principal de l'étude, explique, « Des études récentes ont montré que des porteurs peuvent être générés et séparés aux interfaces entre les différentes faces de certains cristaux. Dans le cas de BiVO 4 , cependant, les forces qui séparent les porteurs sont trop faibles pour les paires électron-trou qui sont générées légèrement à l'écart des interfaces. Par conséquent, séparation des porteurs dans BiVO 4 décaèdres ont appelé à de nouvelles améliorations, ce qui nous a motivé à réaliser cette étude.

Dans la technique qu'ils proposent, BiVO 4 les nanocristaux sont exposés à ce qu'on appelle une "décharge plasma en solution", un jet hautement chargé de matière énergétique qui est produit en appliquant des tensions élevées entre deux bornes immergées dans l'eau. La décharge plasma élimine certains atomes de vanadium (V) de la surface de faces spécifiques des cristaux, laissant des vacances de vanadium. Ces lacunes agissent comme des "pièges à électrons" qui facilitent la séparation accrue des porteurs. Parce que ces lacunes sont en plus grand nombre sur les huit faces latérales du décaèdre, des électrons sont piégés sur ces faces tandis que des trous s'accumulent sur les faces supérieure et inférieure. Cette séparation de charge accrue se traduit par une meilleure performance catalytique du BiVO 4 nanocristaux, améliorant ainsi ses performances de fractionnement de l'eau.

Cette étude représente une nouvelle utilisation de la décharge plasma en solution pour améliorer les propriétés des cristaux. Pr Akira Fujishima, co-auteur de l'article, dit, "Notre travail nous a incités à reconsidérer d'autres cristaux qui sont apparemment inefficaces pour la séparation de l'eau. Il fournit une stratégie prometteuse utilisant le plasma en solution pour les "activer". L'utilisation d'une décharge plasma-solution présente de nombreux avantages par rapport à l'utilisation d'un plasma gazeux conventionnel qui le rendent beaucoup plus attrayant d'un point de vue technique et économique. Prof Xintong Zhang de l'Université normale du Nord-Est, Chine, remarques, "Contrairement au plasma gazeux, qui doit être généré dans des chambres fermées, le plasma en solution peut être généré dans un réacteur ouvert à température ambiante et dans une atmosphère d'air normale. En outre, en travaillant avec des poudres cristallines en solution, il devient plus pratique de modifier les paramètres du processus, et c'est aussi plus facile à mettre à l'échelle."

Cette étude, espérons-le, nous rapproche d'un moyen efficace de produire de l'hydrogène afin que nous puissions enfin nous passer des combustibles fossiles et d'autres sources d'énergie nocives pour notre planète. Commentant davantage la promesse de cette étude, Le professeur Terashima dit, "Si l'énergie hydrogène efficace peut être produite en utilisant la lumière du soleil et de l'eau, deux des ressources les plus abondantes sur terre, une société propre de rêve pourrait être réalisée."