25/02/2014 - Nouveaux matériaux pour une production d'hydrogène plus compétitive

Menéame

La production d’électricité n’est pas le seul moyen de convertir l’énergie en énergie. rayonnement solaire. Le soleil peut également provoquer des réactions chimiques pour créer combustibles, comme l’hydrogène, qui peut être utilisé dans la propulsion des véhicules à moteur.

Actuellement, le principal problème de la production de carburant à partir du soleil est son coût, et en particulier le coût des semi-conducteurs qui captent le rayonnement solaire et des catalyseurs qui génèrent le combustible.

Les matériaux les plus efficaces sont trop chers pour produire du combustible à un prix qui puisse rivaliser avec les combustibles fossiles actuels. "Il est nécessaire de réduire le coût de ces dispositifs pour les rendre viables et commercialement compétitifs pour la production de combustibles solaires," dit-il. Kyoung-Shin Choi, professeur de chimie dans la  Université du Wisconsin-Madison.

Cellules solaires vanadate de bismuth

Dans une étude publiée la semaine dernière dans le magazine Science , Choi et le chercheur postdoctoral Tae Woo Kim, combinent des matériaux bon marché à base d’oxyde pour dissocier l’eau en gaz d’hydrogène et d’oxygène en utilisant l’énergie solaire avec une efficacité de conversion de l’énergie solaires et de l’hydrogène de 1,7 pour cent, la plus élevée signalée pour tout système de photoélectrode à base de oxyde.

Choi a créé des cellules solaires de vanadate de bismuth par électrodéposition - le même procédé utilisé pour faire des bijoux plaqué en or ou des carrosseries automobiles - pour augmenter la surface du composé à un indice remarquable de 32 mètres carrés par gramme.

Kyoung-Shin Choi

"Sans une équipe de luxe, ni haute température ou haute pression, nous avons fait un très petit semi-sol nanoporeux de particules qui ont une grande surface," dit Choi dont le travail est soutenu par la National Science Foundation. "Plus de surface signifie plus de zone de contact avec l’eau, et donc une division de l’eau plus efficace."

Le vanadate de bismuth a besoin d’aide pour accélérer la réaction du combustible, et c’est là que les catalyseurs entrent en action..

Bien que de nombreux groupes de recherche travaillent à la mise au point de semi-conducteurs photoélectriques, et beaucoup aussi à la mise en place de catalyseurs pour la division de l’eau, selon Choi, l’union de semi-produits et de catalyseur avait suscité relativement peu d’attention.

"Le problème, c’est qu’à la fin tu dois les mettre ensemble," explique Choi. "Même si vous avez le meilleur semi-conducteurs au monde et le meilleur catalyseur, son efficacité globale peut être limitée par l’interface du semi-conducteurs - catalyseur. "

Choi et Kim ont exploré quelques catalyseurs bon marché et assez imparfaits - à partir de oxyde de fer et oxyde de nickel- en les envoyant dans le vanadate de bismuth pour profiter de ses forces relatives.

"Aucun catalyseur ne peut fonctionner comme une bonne interface avec un semi-conducteurs et avec l’eau, qui est notre réactif. C’est pourquoi nous avons choisi de diviser cette action en deux parties ," dit Choi, "l’oxyde de fer est un bon croisement avec le vanadate de bismuth, et l’oxyde de nickel rend une bonne interface catalytique avec l’eau. Donc on les utilise ensemble."

La combinaison de ce duo catalytique bon marché et de l’électrode nanoporeuse de haute surface s’est traduite par la construction d’un système à faible coût de photoélectrode à base d’oxyde d’oxyde avec un record élevé d’efficacité.

"D’autres chercheurs qui étudient différents types de semi-conducteurs ou différents types de catalyseurs peuvent commencer à utiliser cette approche pour identifier quelles combinaisons de matériaux peuvent être encore plus efficaces," dit Choi, dont le laboratoire modifie déjà sa conception, "avec un peu d’ingénierie, l’efficacité que nous avons obtenue pourrait être améliorée très rapidement"

Pour plus d’informations:

Kyoung-Shin Choi

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