L'hydrogène grâce à la lumière du soleil
Des chercheurs mettent au point un système catalytique durable pour la production d'hydrogène à l'aide de l'énergie lumineuse
Pour produire durablement de l'hydrogène à partir de la lumière du soleil, il ne suffit pas de disposer d'un système catalytique efficace, il faut aussi qu'il soit économique, facilement disponible et qu'il permette d'économiser les ressources. Une équipe dirigée par le professeur Kalina Peneva de l'Institut de chimie organique et de chimie macromoléculaire de l'université d'Iéna a fait un pas dans cette direction. Dans le cadre de ses recherches, le groupe a mis au point des colorants exempts de métaux, simples à produire et capables de transférer l'énergie lumineuse absorbée à un catalyseur pour produire de l'hydrogène.
Le professeur Kalina Peneva et le doctorant Konrad Hotzel étudient les colorants fonctionnels.
Anne Günther/Uni Jena
Des molécules de colorant innovantes
"Plus précisément, ces molécules de colorant, également appelées photosensibilisateurs, absorbent la lumière et convertissent son énergie en un état excité de longue durée à l'intérieur de la molécule", explique Mme Peneva. Elle compare ce processus à la fluorescence, que l'on observe dans les objets ou les vêtements qui brillent sous une lumière noire. "Toutefois, nos colorants ne libèrent pas l'énergie sous forme de lumière", précise-t-elle. "Nous utilisons plutôt cette énergie stockée en la transférant à un catalyseur spécialement adapté, qui génère ensuite de l'hydrogène à partir de l'eau. Celui-ci génère alors de l'hydrogène à partir de l'eau.
Des catalyseurs rentables et respectueux de l'environnement
Les systèmes catalytiques qui génèrent de l'hydrogène à partir de la lumière du soleil sont développés et étudiés depuis de nombreuses années, notamment au sein du centre de recherche collaboratif "CataLight" financé par la Fondation allemande pour la recherche, dont le projet de Kalina Peneva fait également partie. "La particularité de nos molécules colorantes est qu'elles fonctionnent sans l'ajout de métaux nobles. Souvent, ces colorants font appel au ruthénium ou à l'osmium, des métaux rares et coûteux. Et le catalyseur que nous utilisons, au lieu de métaux nobles coûteux comme le platine ou le palladium, utilise du cobalt, beaucoup plus abordable", explique Mme Peneva.
Efficacité grâce à une synthèse simplifiée
La production de ces colorants durables est également prometteuse : "Ce que nous avons mis au point est unique, car il s'agit d'une méthode simple et efficace de synthèse de ces molécules, ce qui améliore considérablement l'évolutivité du processus", ajoute la chimiste. "Nous formons le colorant par une simple réaction dite de condensation. Et comme le colorant précipite sous forme de solide, nous pouvons facilement le séparer du mélange réactionnel par filtration", ajoute-t-elle. "Par conséquent, contrairement à de nombreuses autres approches de synthèse, il n'est pas nécessaire de procéder à des étapes de purification coûteuses et compliquées pour obtenir le produit désiré."
Collaboration interdisciplinaire
L'équipe de recherche a collaboré étroitement au sein de l'Université d'Iéna avec le groupe de Benjamin Dietzek-Ivanšić de l'Institut de chimie physique, examinant systématiquement différentes variantes du colorant afin de trouver la configuration optimale pour la catalyse pilotée par la lumière. "Nous avons non seulement développé les colorants, mais aussi étudié en détail leur interaction avec le catalyseur", explique le professeur Peneva.
Les résultats publiés par l'équipe dans la revue "Journal of Materials Chemistry A" sont prometteurs : "Bien que nous n'ayons pas atteint l'efficacité la plus élevée, les résultats sont très bons et, surtout, montrent un grand potentiel pour les applications pratiques", souligne-t-elle. "Plus précisément, nous mesurons cette efficacité à l'aide de l'indice de rotation, TON en abrégé, une mesure importante pour la performance des catalyseurs. Et il se situe à une bonne valeur d'environ 4 000", ajoute-t-elle.
Elle et son équipe envisagent déjà d'initier un transfert de recherche avec des partenaires industriels potentiels. "Je ne saurais dire si nous tenterons de produire ce système catalytique à l'échelle industrielle à ce stade", limite Kalina Peneva. "Mais c'est certainement une question que nous envisageons".
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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