Des photocatalyseurs organiques pour la production durable d’hydrogène vert

Avec plus d'énergie irradiant la surface de la Terre en une heure que ce que la société humaine consomme en un an, le soleil semble être une source inépuisable d’énergie renouvelable. Cependant, l’intermittence et la distribution non uniforme de cette énergie limite son exploitation. Pour que l'énergie solaire fournisse une énergie renouvelable capable de remplacer celle actuellement générée par les ressources fossiles, il faut impérativement développer des moyens de la stocker et la transporter là où on souhaite l’utiliser.

Une solution très étudiée s’inspire de la nature : stocker l’énergie solaire dans des liaisons chimiques en formant un carburant qui peut être transporté et ultérieurement transformé en énergie électrique ou thermique. Cette photochimie permet par exemple la production de dihydrogène H₂ à partir de l’eau et la lumière du soleil. Elle nécessite la mise au point de matériaux photocatalytiques peu coûteux et efficaces pour guider la réaction souhaitée, ici l’électrolyse de l’eau. Ces matériaux, typiquement des semiconducteurs, absorbent la lumière pour générer des porteurs de charge (paire électron – trou) qui permettent la réaction électrochimique d’électrolyse. Si le dioxyde de titane TiO₂ est le semiconducteur photocatalytique par excellence, de nombreuses équipes cherchent des alternatives moins couteuses et plus durables basées sur des molécules organiques.

Des chimistes du Laboratoire de chimie des polymères organiques (CNRS/Bordeaux INP/Université de Bordeaux), en collaboration avec l’Institut de chimie physique (CNRS/Université Paris Saclay) et l’Institut des sciences moléculaires (CNRS/Université de Bordeaux), ont mis au point une famille de semiconducteurs organiques à base de trimères conjugués de type Doneur-Accepteur-Doneur. Sous irradiation UV ou lumière visible, ces trimères forment des paires électrons-trous efficaces pour la production de H₂ dans l’eau. Tous les trimères étudiés sont actifs, avec des taux de dégagement d'hydrogène parfois supérieurs à celui du TiO₂ dans les mêmes conditions. Leurs propriétés photophysiques, chimiques et électriques remarquables en font d’excellents candidats pour la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique. Ces résultats, publiés dans la revue Advanced Functional Materials, ouvrent la voie à de nouvelles technologies énergétiques plus durables.