Nanocomposite d'hydrogel nouvellement développé pour la production de masse d'hydrogène
"Cette étude constitue une avancée majeure dans le domaine de la photocatalyse et met en évidence le potentiel de la production d'hydrogène vert en mer avec des performances de classe mondiale"
Une équipe de recherche dirigée par le professeur HYEON Taeghwan au Centre de recherche sur les nanoparticules de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) de Séoul, en Corée du Sud, a mis au point une nouvelle plateforme photocatalytique pour la production de masse d'hydrogène. L'étude du groupe sur la plateforme photocatalytique a conduit au développement d'une matrice photocatalytique flottante, qui permet une réaction efficace de transformation de l'hydrogène avec des avantages évidents par rapport aux plateformes de production d'hydrogène conventionnelles telles que les films ou les panneaux.
Les plates-formes photocatalytiques flottantes présentent des avantages évidents dans la réaction d'évolution de l'hydrogène, en termes d'apport efficace de lumière, de séparation facile des gaz, de tension de surface améliorée, d'immobilisation stable du catalyseur, de suppression de la rétro-oxydation (réaction inverse) et d'apport facile d'eau.
Institute for Basic Science
A. Les plateformes photocatalytiques flottantes sont composées de structures bicouches, d'une couche photocatalytique et d'une couche de support. B. Structure poreuse de la plate-forme. C. La structure poreuse de la plate-forme se caractérise par sa flottabilité.
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L'importance des énergies alternatives s'est récemment accrue en raison des défis mondiaux tels que la pollution de l'environnement et le changement climatique. Parmi plusieurs candidats aux sources d'énergie alternatives, l'énergie de l'hydrogène récoltée par photocatalyse est particulièrement mise en avant pour sa production d'énergie verte et durable. En conséquence, de nombreux travaux de recherche et de développement ont été menés pour améliorer l'efficacité intrinsèque de la réaction des photocatalyseurs. Cependant, la recherche sur le facteur de forme des systèmes photocatalytiques, qui est essentiel pour leur application pratique et leur commercialisation, n'a pas encore été activement explorée.
En général, les systèmes actuels fixent des poudres ou des nanoparticules de catalyseur sur différentes surfaces, telles que des plates-formes de type feuille particulaire, film ou panneau plat, qui sont immergées dans l'eau. Ils sont également confrontés à des problèmes pratiques tels que la lixiviation des catalyseurs, un mauvais transfert de masse et des réactions inverses. Elles nécessitent également des dispositifs supplémentaires pour séparer et collecter l'hydrogène généré de l'eau, ce qui ajoute à la complexité du dispositif et augmente les coûts.
L'équipe du Centre de recherche sur les nanoparticules de l'IBS, dirigée par le professeur Hyeon, a conçu un nouveau type de plateforme photocatalytique qui flotte sur l'eau pour une production efficace d'hydrogène. Cette nouvelle plateforme a une structure bicouche, composée d'une couche photocatalytique supérieure et d'une couche de support inférieure. Les deux couches sont composées d'un polymère structurel poreux qui confère à la plateforme une tension de surface élevée. En outre, la plateforme est fabriquée sous la forme d'un cryo-aérogel, une substance solide remplie de gaz à l'intérieur et présentant une faible densité. Par conséquent, cet élastomère-hydrogel contenant des photocatalyseurs peut flotter sur l'eau.
Cette plateforme présente des avantages évidents dans la réaction photocatalytique d'évolution de l'hydrogène : premièrement, l'atténuation de la lumière par l'eau est évitée, ce qui permet une conversion efficace de l'énergie solaire. Deuxièmement, le produit, l'hydrogène gazeux, peut être facilement diffusé dans l'air, ce qui évite les réactions d'oxydation inverse et préserve un rendement élevé de la réaction. Troisièmement, l'eau peut être facilement acheminée vers les catalyseurs situés à l'intérieur de la matrice élastomère-hydrogel grâce à sa porosité. Enfin, les catalyseurs sont immobilisés de manière stable à l'intérieur de la matrice pour un fonctionnement à long terme sans problèmes de lixiviation.
Les chercheurs ont prouvé expérimentalement la supériorité des performances de la plate-forme flottante en matière d'évolution de l'hydrogène par rapport à celles de la plate-forme conventionnelle immergée. En outre, l'évolutivité de la plateforme, qui est essentielle pour une éventuelle industrialisation, a également été démontrée sous la lumière naturelle du soleil. Il a été confirmé qu'environ 80 ml d'hydrogène peuvent être produits par la plateforme photocatalytique flottante en utilisant des catalyseurs à atome unique de cuivre et de titane d'une surface de 1m2. Même après deux semaines de fonctionnement dans de l'eau de mer contenant divers micro-organismes et matières flottantes, les performances de la plate-forme en matière d'évolution de l'hydrogène n'ont pas été compromises.
Le professeur Kim déclare : "La plateforme proposée peut même produire de l'hydrogène à partir de solutions qui dissolvent les déchets ménagers, tels que les bouteilles en polyéthylène téréphtalate. Par conséquent, la plateforme peut être une solution pour le recyclage des déchets, ce qui contribue à une société respectueuse de l'environnement".
Cette étude présente notamment une plateforme généralisée pour une photocatalyse efficace qui ne se limite pas à la production d'hydrogène. Il est possible de remplacer le composant catalytique pour diverses utilisations souhaitées, sans modifier les propriétés du matériau aérogel flottant de la plateforme globale. Cela garantit la large applicabilité de la plateforme à d'autres réactions photocatalytiques, telles que la réaction d'évolution de l'oxygène, la production de peroxyde d'hydrogène et la génération de divers composés organiques.
"Cette étude fait progresser considérablement le domaine de la photocatalyse et met en évidence le potentiel de la production d'hydrogène vert en mer avec des performances de classe mondiale. Les caractéristiques distinctives du matériau, les performances élevées et la large applicabilité de notre plateforme dans le domaine de la photocatalyse ouvriront sans aucun doute un nouveau chapitre dans le domaine des énergies alternatives", a remarqué le professeur Hyeon.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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