Une collaboration entre les instituts Joliot et Iramis montre qu'il est possible de réaliser la photo-production continue d'hydrogène à partir de l'eau, par la combinaison d'oxyde de titane, de nanotubes de carbone et de nanoparticules d'or dans une puce microfluidique.
L'hydrogène gazeux est considéré comme un vecteur d'énergie durable et une alternative prometteuse aux carburants à base d'hydrocarbures. Encore faut-il pouvoir le produire “proprement” (i.e. sans émission de carbone issu de ressources fossiles). Bien qu'abondant dans la nature, l'hydrogène H est généralement associé à d'autres éléments, sous forme solide ou liquide. La source principale est la molécule d'eau H2O, où deux atomes d'hydrogène sont chimiquement liés à un atome d'oxygène, et qu'il faut donc dissocier pour obtenir le gaz souhaité ; - L'énergie nécessaire pour y parvenir (∆H° = 286 kJ/mole) doit elle-même être de nature durable/renouvelable (i.e. non carbonée).
La décomposition de l'eau en dioxygène (O2) et en dihydrogène (H2) par photocatalyse solaire constitue l'une des pistes les plus intéressantes. L'utilisation de l'oxyde de titane (TiO2), matériau semi-conducteur, a largement été explorée pour cette transformation. Mais la méthode présente deux inconvénients : d'une part, la performance photocatalytique globale est réduite par un phénomène de recombinaison de charges ; d'autre part, l'activation se fait à des longueurs d'onde électromagnétiques dans la région des UV, soit une fraction limitée du spectre de la lumière naturelle (environ 5 % du spectre solaire).
Des chercheurs de l'équipe Nanosciences du CEA, en collaboration avec la direction des énergies du CEA et l'École Polytechnique, ont combiné leurs savoir-faire pour optimiser la photodissociation de l'eau par le TiO2 et développer un dispositif photo-catalytique permettant la production continue de dihydrogène. Ils ont associé le TiO2 à des nanotubes de carbone qui permettent la dissociation des charges et minimisent le phénomène de recombinaison. Ils ont également eu recours à des nanoparticules d'or pour permettre une “sensibilisation” du matériau TiO2 à la lumière visible.
Ces scientifiques ont pu intégrer leur dispositif sur une puce microfluidique grâce au réseau enchevêtré des nanotubes de carbone. Cette approche présente l'avantage d'un rapport surface/volume élevé, favorisant d'autant plus l'efficacité de la réaction. Le TiO2, les nanotubes de carbone et les nanoparticules d'or travaillent en synergie. Leur association permet de multiplier la production d'hydrogène par 2,5 par rapport à la simple combinaison TiO2/nanotubes de carbone et par 20 par rapport au TiO2 seul.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
