Les plantes, sources d’inspiration pour convertir l’énergie solaire
Produire de l’hydrogène vert par photodissociation1 de l’eau comme le font les plantes nécessite des photocatalyseurs à la fois performants et peu coûteux. Il est donc nécessaire de s’affranchir des métaux nobles qui entrent actuellement dans leur composition.
D’où l’idée des scientifiques de l’Institut de chimie physique - ICP (CNRS/Université Paris-Saclay) et de l’Institut des sciences moléculaires d’Orsay - ISMO (CNRS/Université Paris-Saclay)2 de développer une nouvelle famille de matériaux hybrides essentiellement composés, comme le sont les plantes vertes, d’atomes de carbone.
Leurs résultats parus dans la revue Advanced Functional Materials montrent que ces nouveaux photocatalyseurs permettraient de produire efficacement de l’hydrogène à partir d'eau grâce à la lumière visible.
La lumière solaire est la principale source d'énergie pour tous les organismes vivants. Grâce à elle, les plantes, par photosynthèse, produisent leur propre nourriture en transformant le dioxyde de carbone en sucres, et induisent également la photodissociation de l'eau menant à la production de H2 et O2. Raison pour laquelle les feuilles fascinent depuis toujours les scientifiques qui cherchent à s’en inspirer pour réaliser, de manière synthétique, une production « verte » d’hydrogène pour l’utiliser comme combustible.
Pour atteindre cet objectif, les recherches se sont orientées vers des photocatalyseurs à base de métaux nobles car ils sont généralement efficaces, mais la présence de ces métaux nobles les rend trop coûteux pour envisager des développements industriels. Pour s’en affranchir, les scientifiques de l’Institut de chimie physique (ICP) et de l’Institut des sciences moléculaires d’Orsay (ISMO) ont imaginé de nouveaux matériaux fabriqués essentiellement à base de carbone, constituant principal du végétal.
En modifiant les propriétés électroniques de la graphydine, une forme cristalline de carbone synthétique moins connue que le diamant ou le graphite, ils sont parvenus à optimiser l’absorption et la transformation de la lumière visible, menant à une photodissociation de l’eau efficace pour la production d’hydrogène que l’on peut donc qualifier d’hydrogène vert ! Résultats qui font l’objet d’un article dans la revue Advanced Functional Materials.
Référence
Jian Li, Amine Slassi, Xu Han, David Cornil, Minh‐Huong Ha‐Thi, Thomas Pino, Damien P. Debecker, Christophe Colbeau‐Justin, Jordi Arbiol, Jérôme Cornil & Mohamed Nawfal Ghazzal
Tuning the Electronic Bandgap of Graphdiyne by H‐Substitution to Promote Interfacial Charge Carrier Separation for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production
Advanced Functional Materials 2021