Une nouvelle méthode de récolte de l'énergie solaire est en train d'émerger, grâce aux scientifiques des départements de chimie de l'UC Santa Barbara, Ingénieur chimiste, et Matériaux. Bien qu'encore à ses balbutiements, la recherche promet de convertir la lumière du soleil en énergie à l'aide d'un processus basé sur des métaux plus robustes que la plupart des semi-conducteurs utilisés dans les méthodes conventionnelles. Les résultats des chercheurs sont publiés dans le dernier numéro de la revue Nature Nanotechnologie .

« C'est la première alternative radicalement nouvelle et potentiellement exploitable aux dispositifs de conversion solaire à base de semi-conducteurs à être développée au cours des 70 dernières années environ, " a déclaré Martin Moskovits, professeur de chimie à l'UCSB.

Dans les photoprocédés conventionnels, une technologie développée et utilisée au cours du siècle dernier, la lumière du soleil frappe la surface du matériau semi-conducteur, dont un côté est riche en électrons, alors que l'autre côté ne l'est pas. Le photon, ou particule légère, excite les électrons, les obligeant à quitter leur poste, et créer des "trous" chargés positivement. Le résultat est un courant de particules chargées qui peuvent être capturées et délivrées pour diverses utilisations, y compris l'alimentation des ampoules, recharger les batteries, ou facilitant les réactions chimiques.

"Par exemple, les électrons pourraient provoquer la conversion des ions hydrogène dans l'eau en hydrogène, un carburant, tandis que les trous produisent de l'oxygène, ", a déclaré Moskovits.

Dans la technologie développée par Moskovits et son équipe, ce ne sont pas les matériaux semi-conducteurs qui fournissent les électrons et le lieu de conversion de l'énergie solaire, mais les métaux nanostructurés - une "forêt" de nanotiges d'or, Pour être précis.

Pour cette expérience, des nanotiges d'or ont été coiffées d'une couche de dioxyde de titane cristallin décorée de nanoparticules de platine, et mettre dans l'eau. Un catalyseur d'oxydation à base de cobalt a été déposé sur la partie inférieure du réseau.

"Quand les nanostructures, tels que les nanotiges, de certains métaux sont exposés à la lumière visible, on peut faire osciller collectivement les électrons de conduction du métal, absorbant une grande partie de la lumière, " dit Moskovits. "Cette excitation s'appelle un plasmon de surface."

Comme les électrons "chauds" de ces ondes plasmoniques sont excités par des particules lumineuses, certains voyagent jusqu'à la nanotige, à travers une couche filtrante de dioxyde de titane cristallin, et sont capturés par les particules de platine. Cela provoque la réaction qui sépare les ions hydrogène de la liaison qui forme l'eau. Pendant ce temps, les trous laissés par les électrons excités se dirigent vers le catalyseur à base de cobalt sur la partie inférieure de la tige pour former de l'oxygène.

Selon l'étude, la production d'hydrogène était clairement observable après environ deux heures. En outre, les nanotiges n'étaient pas soumises à la photocorrosion qui provoque souvent la défaillance des matériaux semi-conducteurs traditionnels en quelques minutes.

"L'appareil a fonctionné sans aucun signe de panne pendant plusieurs semaines, ", a déclaré Moskovits.

La méthode plasmonique de fractionnement de l'eau est actuellement moins efficace et plus coûteuse que les photoprocédés classiques, mais si le siècle dernier de la technologie photovoltaïque a montré quelque chose, c'est que la recherche continue améliorera le coût et l'efficacité de cette nouvelle méthode - et probablement en beaucoup moins de temps qu'il n'en a fallu pour la technologie à base de semi-conducteurs, dit Moskovits.

"Malgré le caractère récent de la découverte, nous avons déjà atteint des rendements « respectables ». Plus important, nous pouvons imaginer des stratégies réalisables pour améliorer radicalement l'efficacité, " il a dit.

La recherche dans cette étude a également été réalisée par les chercheurs postdoctoraux Syed Mubeen et Joun Lee; l'étudiant diplômé Nirala Singh; ingénieur en matériaux Stephan Kraemer; et le professeur de chimie Galen Stucky.