Une conversion biomimétique efficace du rayonnement solaire en hydrogène vert

La photosynthèse est un processus très efficace chez les plantes qui leur permet de synthétiser de la matière organique en utilisant l’énergie solaire, de l’eau et du dioxyde carbone. Une manière élégante et surtout particulièrement efficace de recueillir et convertir cette lumière en énergie plus facilement transportable et stockable. La photosynthèse est ainsi une fascinante source d’inspiration pour concevoir des photocatalyseurs artificiels qui permettent de convertir et stocker l’énergie solaire sous forme, par exemple, d’un carburant comme le dihydrogène (H₂). Celui-ci est obtenu grâce à la conversion des photons en électrons qui sont nécessaires pour casser les molécules d’eau.

Mais tout n’est pas si simple. Un tel catalyseur doit à la fois être capable de collecter de manière efficace le rayonnement solaire dans une large gamme de longueurs d’onde, mais également de générer grâce à lui les électrons très mobiles nécessaires à la conversion de l’eau en dihydrogène.  Les systèmes photocatalytiques les plus performants sont actuellement obtenus à partir de métaux nobles dont on cherche bien évidemment à s’affranchir pour obtenir une énergie verte.

Dans ce contexte, des scientifiques de l’Institut de chimie physique (CNRS/Université Paris-Saclay) se sont intéressés à la graphdiyne. Cette forme cristalline du carbone est en effet bien connue pour sa capacité à absorber la lumière visible et de nombreuses recherches sont menées pour l’intégrer dans des dispositifs photovoltaïques. Les scientifiques l’ont tout d’abord synthétisée sous forme de nanoparticules pour réaliser un confinement dit « quantique » de la lumière, que l’on observe uniquement à cette échelle et qui assure une collecte optimale du rayonnement. Les chercheurs ont ensuite montré que l’introduction de défauts oxygénés dans la structure cristalline permettait de générer des électrons très mobiles, facilement transférables dans un matériau semi-conducteur comme le TiO₂ qui pourra les stocker pour réaliser ensuite la réduction des protons de l’eau.

Ce photocatalyseur, sans métaux nobles et remarquablement efficace, permet maintenant d’envisager une autre voie pour la production d’hydrogène vert. Des résultats à retrouver dans la revue Advanced Energy Materials.

Rédacteur : CCdM