En lissant la surface de l’hématite, une équipe de chercheurs a réalisé une décomposition « sans assistance » de l’eau en utilisant l’abondante minéral hématite de type rouille, et du silicium pour capturer et de stocker l’énergie solaire dans de l’hydrogène
Un potentiel futur énergétique propre exige un moyen économique, efficace et relativement simple de générer de grandes quantités d’hydrogène pour une utilisation dans des piles à combustibles et des véhicules fonctionnant à l’hydrogène. Souvent réalisée en utilisant l’électricité pour décomposer les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, la méthode idéale serait d’extraire l’hydrogène de l’eau en utilisant l’électricité produite directement à partir de la lumière du soleil, sans l’ajout de toute source d’alimentation externe.
L’hématite – une forme minérale de fer – utilisé en conjonction avec du silicium a montré une certaine promesse dans ce domaine, mais de faibles rendements de conversion ont ralenti la recherche. Maintenant, des scientifiques ont découvert un moyen d’améliorer grandement le principe, permettant d’espérer l’utilisation de deux des éléments les plus abondants sur terre pour produire efficacement de l’hydrogène.
L’hématite est potentiellement très intéressant pour une utilisation dans la séparation de l’eau par photoélectrochimie avec une faible puissance énergétique (où l’énergie, sous la forme de la lumière, est l’entrée et l’énergie chimique est la sortie) afin de libérer de l’hydrogène en raison de sa faible tension d’allumage de moins de 0,3 volts lorsqu’il est exposé à la lumière du soleil.
Malheureusement, cette tension est trop faible pour initier la décomposition de l’eau de sorte qu’un certain nombre d’améliorations à la surface de l’hématite ont recherché afin d’améliorer le flux de courant.
Dans cette veine, les chercheurs du Boston College, de l’Université de Berkeley et de l’Université Chinoise en Science et Technologie ont trouvé une technique de «re-croissance» de l’hématite, de sorte qu’une surface lisse est obtenue avec un rendement énergétique supérieur.
En fait, cette nouvelle version a doublé la production électrique, et s’est rapproché vers une récupération énergétique à grande échelle pour générer de l’hydrogène, de manière bien plus pratique.
« En lissant tout simplement les caractéristiques de surface de l’hématite, ce proche cousin de la rouille peut être amélioré pour se lier avec du silicium, qui est dérivé de sable, afin de réaliser le fractionnement complet de l’eau en vue d’une production d’hydrogène solaire », a déclaré Dunwei Wang, professeur agrégé au Boston College. « Cette dissociation de l’eau sans aide, ce qui est très rare, ne nécessite pas de ressources coûteuses ou rares »
En travaillant sur des travaux antérieurs qui ont réalisé des gains sur la tension d’allumage photoélectrochimique à partir de l’utilisation de revêtements de surface lisse, l’équipe a réévalué la structure de la surface de l’hématite en utilisant un accélérateur de particules synchrotron au Laboratoire national Lawrence Berkeley.
En se concentrant sur le massage des carences de surface de l’hématite pour voir si cela se traduirait par des améliorations, les chercheurs ont utilisé le dépôt physique en phase vapeur pour déposer de l’hématite sur un substrat de verre borosilicate afin de créer une photo -anode. Ils ont ensuite fait chauffer les dispositifs pour produire un film mince et uniforme d’oxyde de fer sur leurs surfaces.
Des tests ultérieurs de ce nouvel amalgame a abouti à une amélioration immédiate de la tension d’allumage, et une augmentation substantielle de la phototension de 0,24 volts à 0,80 volts. Résultat : ce nouveau procédé de récupération de l’hydrogène a atteint un rendement de 0,91 %, c’est la première fois que la combinaison d’hématite et de silicium amorphe a été capable de produire des gains d’efficacité significatifs en termes de conversion.
En conséquence, cette recherche a montré que des progrès ont été accomplis en vue d’une possibilité de produire une récupération d’énergie photoélectrochimique qui est totalement auto-suffisante, en utilisant des matériaux disponibles en abondance, et que c’est facile à produire.
« Cela offre un nouvel espoir pour une production de carburant solaire efficace et peu coûteuse avec des ressources naturelles facilement disponibles et à portée de main », a déclaré Dunwei Wang. « Y arriver contribuera à un avenir durable alimenté par de l’énergie renouvelable. »
http://www.bc.edu/schools/cas/chemistry/news/research.html
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-06/bc-hs061215.php
