L'hydrogène est en train de devenir une alternative écologique populaire aux ressources fossiles en raison de ses produits de combustion neutres en carbone (eau, électricité et chaleur) et est considéré comme le carburant de nouvelle génération pour une société à zéro émission. Cependant, la principale source d'hydrogène est, ironiquement, les combustibles fossiles.

Une façon de produire de l'hydrogène de manière propre et durable consiste à diviser l'eau par la lumière du soleil. Le processus, connu sous le nom de « fractionnement photoélectrochimique (PEC) de l'eau », est à la base du fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques. Ce qui rend cette méthode attrayante, c'est qu'elle permet 1) la production massive d'hydrogène dans un espace limité sans système de réseau et 2) la conversion à haut rendement de l'énergie solaire en hydrogène.

Malgré ces avantages, cependant, les matériaux photoactifs utilisés dans les PEC conventionnels n'ont pas les propriétés requises pour un environnement commercial. À cet égard, les semi-conducteurs organiques (OS) sont apparus comme un matériau potentiel de photoélectrode pour la production commerciale d'hydrogène PEC en raison de leurs hautes performances et de leur faible coût d'impression. Mais, en revanche, les systèmes d'exploitation souffrent d'une mauvaise stabilité chimique et d'une faible densité de photocourant.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Sanghan Lee de l'Institut des sciences et technologies de Gwangju, en Corée, a peut-être finalement résolu ce problème. Dans leur récente percée qui est apparue sur la page de couverture du Journal of Materials Chemistry A , l'équipe a adopté une approche basée sur l'encapsulation de la photocathode OS dans une feuille de titane décorée de platine, une technique connue sous le nom d'"encapsulation de feuille métallique", pour empêcher son exposition à la solution d'électrolyte.

"L'encapsulation en feuille métallique est une approche puissante pour réaliser des photocathodes à base de système d'exploitation stables à long terme, car elle aide à empêcher la pénétration des électrolytes dans le système d'exploitation, améliorant ainsi leur stabilité à long terme, comme cela a été démontré dans nos études précédentes et d'autres rapports sur le système d'exploitation. -basées sur des photoélectrodes », explique le professeur Lee.

L'équipe a fabriqué une cellule photovoltaïque organique, dans laquelle la photocathode OS était recouverte d'une feuille de titane et de nanoparticules de platine bien dispersées. Lors des tests, la photocathode OS a montré un potentiel d'apparition de 1 V par rapport à l'électrode à hydrogène réversible (RHE) et une densité de photocourant de -12,3 mA cm ^-2 à 0 V_RHE . Plus remarquable encore, la cellule a démontré une stabilité de fonctionnement record, conservant 95,4 % du photocourant maximal pendant plus de 30 heures sans aucune détérioration notable du système d'exploitation. De plus, l'équipe a testé le module sous la lumière du soleil et a pu produire de l'hydrogène.

Le module PEC hautement stable et efficace développé dans cette étude peut permettre une production à grande échelle d'hydrogène et inspirer des voies innovantes pour la construction de futures stations-service à hydrogène. "Avec la menace croissante du réchauffement climatique, il est impératif de développer des sources d'énergie respectueuses de l'environnement. Le module PEC exploré dans notre étude pourrait être installé dans des stations-service à hydrogène, où l'hydrogène peut être à la fois produit en masse et vendu en même temps, " déclare le professeur Lee. + Explorer plus loin

Une stratégie pour stabiliser les photoélectrodes séparant l'eau pour la production d'hydrogène solaire