Image microscopique électronique d'une nanoforêt, ou « réseau de nanofils ramifiés 3D ». Teinte verte ajoutée pour le contraste. Crédit d'image :Groupe de recherche Wang, École d'ingénierie UC San Diego Jacobs.
(PhysOrg.com) -- Université de Californie, Les ingénieurs électriciens de San Diego construisent une forêt de minuscules arbres de nanofils afin de capter proprement l'énergie solaire sans utiliser de combustibles fossiles et de la récolter pour produire de l'hydrogène. Reportage dans la revue Nanoéchelle , l'équipe a dit des nanofils, qui sont fabriqués à partir de matériaux naturels abondants comme le silicium et l'oxyde de zinc, offrent également un moyen bon marché de fournir du carburant hydrogène à grande échelle.
« C'est une façon propre de générer du carburant propre, " a déclaré Deli Wang, professeur au Département de génie électrique et informatique de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego.
La structure verticale et les branches des arbres sont des clés pour capter le maximum d'énergie solaire, selon Wang. C'est parce que la structure verticale des arbres attrape et adsorbe la lumière tandis que les surfaces planes la reflètent simplement, Wang a dit, ajoutant qu'il est également similaire aux cellules photoréceptrices rétiniennes de l'œil humain. Dans les images de la Terre depuis l'espace, la lumière se reflète sur des surfaces planes telles que l'océan ou les déserts, tandis que les forêts semblent plus sombres.
L'équipe de Wang a imité cette structure dans leur "matrice de nanofils ramifiés 3D" qui utilise un processus appelé séparation photoélectrochimique de l'eau pour produire de l'hydrogène gazeux. La division de l'eau fait référence au processus de séparation de l'eau en oxygène et en hydrogène afin d'extraire l'hydrogène gazeux à utiliser comme carburant. Ce procédé utilise une énergie propre sans sous-produit de gaz à effet de serre. Par comparaison, la manière conventionnelle actuelle de produire de l'hydrogène repose sur l'électricité à partir de combustibles fossiles
En récoltant plus de lumière solaire à l'aide de la structure verticale nanotree, L'équipe de Wang a développé un moyen de produire plus efficacement de l'hydrogène par rapport aux homologues planaires où la lumière est simplement réfléchie par la surface. Crédit d'image :Groupe de recherche Wang, École d'ingénierie UC San Diego Jacobs.
« L'hydrogène est considéré comme un carburant propre par rapport aux combustibles fossiles car il n'y a pas d'émission de carbone, mais l'hydrogène actuellement utilisé n'est pas généré proprement, " a déclaré Ke Sun, un doctorant en génie électrique qui a dirigé le projet.
En récoltant plus de lumière solaire à l'aide de la structure verticale nanotree, L'équipe de Wang a développé un moyen de produire plus efficacement de l'hydrogène par rapport à ses homologues planaires. Wang est également affilié au California Institute of Telecommunications and Information Technology et au Material Science and Engineering Program de l'UC San Diego.
La structure de branche verticale maximise également la production d'hydrogène gazeux, dit Soleil. Par exemple, sur la grande surface plane d'une casserole d'eau bouillante, les bulles doivent devenir grosses pour remonter à la surface. Dans la structure nanoarbre, de très petites bulles de gaz d'hydrogène peuvent être extraites beaucoup plus rapidement. "De plus, avec cette structure, nous avons amélioré, d'au moins 400, 000 fois, la surface des réactions chimiques, " dit Soleil.
Dans cette expérience, les électrodes nanotree sont immergées dans l'eau et éclairées par la lumière solaire simulée pour mesurer la production d'électricité de l'appareil. Crédit photo :Joshua Knoff, École d'ingénierie UC San Diego Jacobs.
À long terme, ce que l'équipe de Wang vise est encore plus grand :la photosynthèse artificielle. Dans la photosynthèse, comme les plantes absorbent la lumière du soleil, elles collectent également du dioxyde de carbone (CO
"Nous essayons d'imiter ce que la plante fait pour convertir la lumière du soleil en énergie, " dit Soleil. « Nous espérons que dans un avenir proche, notre structure de « nanoarbre » pourra éventuellement faire partie d'un dispositif efficace qui fonctionnera comme un véritable arbre pour la photosynthèse. »
L'équipe étudie également des alternatives à l'oxyde de zinc, qui absorbe la lumière ultraviolette du soleil, mais a des problèmes de stabilité qui affectent l'utilisation à vie de la structure nanotree.
