Des chercheurs de l'université de Linköping travaillent avec le réacteur de croissance dans lequel est fabriqué du carbure de silicium cubique. Crédit :Thor Balkhed/Université de Linköping
Chercheurs de l'Université de Linköping, Suède, tentent de convertir le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, pour alimenter en utilisant l'énergie de la lumière du soleil. Des résultats récents ont montré qu'il est possible d'utiliser leur technique pour produire sélectivement du méthane, le monoxyde de carbone ou l'acide formique provenant du dioxyde de carbone et de l'eau. L'étude a été publiée dans ACS Nano .
Les plantes convertissent le dioxyde de carbone et l'eau en oxygène et en sucres à haute énergie, qu'ils utilisent comme « carburant » pour se développer. Ils tirent leur énergie du soleil. Jianwu Sun et ses collègues de l'université de Linköping tentent d'imiter cette réaction, connu sous le nom de photosynthèse, utilisé par les plantes pour capter le dioxyde de carbone de l'air et le convertir en carburants chimiques, comme le méthane, l'éthanol et le méthanol. La méthode est actuellement au stade de la recherche, et l'objectif à long terme des scientifiques est de convertir l'énergie solaire en carburant de manière efficace.
"En convertissant le dioxyde de carbone en carburant à l'aide de l'énergie solaire, cette technique pourrait contribuer au développement de sources d'énergies renouvelables et réduire l'impact sur le climat de la combustion d'énergies fossiles, " dit Jianwu Sun, maître de conférences au département de physique, Chimie et biologie à l'Université de Linköping.
Le graphène est l'un des matériaux les plus minces qui existent, constitué d'une seule couche d'atomes de carbone. il est élastique, souple, transparent au soleil, et un bon conducteur d'électricité. Cette combinaison de propriétés garantit que le graphène a un potentiel d'utilisation dans des applications telles que l'électronique et la biomédecine. Mais le graphène seul n'est pas adapté à l'application de conversion d'énergie solaire recherchée par les chercheurs de LiU, et ils ont donc combiné le graphène avec un semi-conducteur, carbure de silicium cubique (3C-SiC). Des scientifiques de l'Université de Linköping ont déjà développé une méthode de pointe pour faire pousser du graphène sur du carbure de silicium cubique, qui se compose de carbone et de silicium. Lorsque le carbure de silicium est chauffé, le silicium est vaporisé, tandis que les atomes de carbone restent et se reconstruisent sous la forme d'une couche de graphène. Les chercheurs ont déjà montré qu'il est possible de superposer jusqu'à quatre couches de graphène les unes sur les autres de manière contrôlée.
Jianwu Sun, maître de conférences à l'université de Linköping. Crédit :Thor Balkhed/Université de Linköping
Ils ont combiné le graphène et le carbure de silicium cubique pour développer une photoélectrode à base de graphène qui préserve la capacité du carbure de silicium cubique à capturer l'énergie de la lumière du soleil et à créer des porteurs de charge. Le graphène fonctionne comme une couche transparente conductrice tout en protégeant le carbure de silicium.
Les performances de la technique à base de graphène sont contrôlées par plusieurs facteurs, un élément important est la qualité de l'interface entre le graphène et le semi-conducteur. Les scientifiques ont examiné en détail les propriétés de cette interface. Ils montrent dans l'article qu'ils peuvent adapter les couches de graphène sur le carbure de silicium et contrôler les propriétés de la photoélectrode à base de graphène. La conversion du dioxyde de carbone est ainsi rendue plus efficace, tandis que les stabilités des composants sont en même temps améliorées.
La photoélectrode développée par les chercheurs peut être associée à des cathodes de différents métaux, comme le cuivre, zinc ou bismuth. Différents composés chimiques, comme le méthane, monoxyde de carbone et acide formique, peut être sélectivement formé à partir de dioxyde de carbone et d'eau en sélectionnant des cathodes métalliques appropriées.
"Le plus important, nous avons démontré que nous pouvons utiliser l'énergie solaire pour contrôler la conversion du dioxyde de carbone en méthane, monoxyde de carbone ou acide formique, " dit Jianwu Sun.
Le méthane est utilisé comme carburant dans les véhicules adaptés à l'utilisation de carburants gazeux. Le monoxyde de carbone et l'acide formique peuvent être traités ultérieurement de manière à pouvoir fonctionner comme combustibles, ou ils peuvent être utilisés dans l'industrie.
