Les nanocristaux semi-conducteurs aident à produire de l'hydrogène comme carburant

Photosynthèse
La photosynthèse est le processus de conversion du rayonnement solaire en énergie verte pour produire du sucre, que la respiration cellulaire convertit en ATP par les plantes, les bactéries et certains protistes verts à l'aide de pigment de chlorophylle verte utilisant de l'eau et libérant de l'oxygène.
Photosynthèse artificielle
Systèmes de photosynthèse artificielle exploitant des molécules absorbant la lumière ou des chromophores, généralement constitués de colorants organiques, pour diviser photochimiquement l'eau en hydrogène et oxygène par des demi-réactions avec des processus de réduction et d'oxydation. Mais les colorants absorbant la lumière sont endommagés par les rayons du soleil et le processus est inefficace et instable.
Des chercheurs de l'Université de Rochester, aux États-Unis, ont généré de l'hydrogène à l'aide de nanocristaux, de la lumière du soleil et d'un catalyseur au nickel bon marché qui peut produire en continu du carburant sans ralentir.
Nanocristaux
Les nanocristaux ont moins de défauts en raison de leur taille limitée. les nanocristaux ont très peu de volume intérieur et sont pratiquement en toute surface et les impuretés internes peuvent facilement migrer sur la courte distance jusqu'à la surface et être éjectées par dopage. Le dopage est l'ajout d'impuretés contenant des électrons pour permettre une conductance électrique de manière contrôlée. Les propriétés physiques de ces cristaux sont déterminées par l'interface entre le noyau et la coque.
À l'échelle nanométrique, le dopage pourrait conduire à un assortiment de technologies, notamment des cellules solaires, des diodes électroluminescentes, des lasers ou des écrans, des dispositifs électroluminescents et appareils électroniques.
Le système
Le système photochimique artificiel de génération d'hydrogène contient des points quantiques de séléniure de cadmium, des catalyseurs de sel de nickel et de l'acide ascorbique. Le système, lorsqu'il travaille avec de l'eau, a une efficacité quantique de 36 % pour 100 photons absorbés et produit 36 ​​molécules d'hydrogène. Pour une solution d'un mélange d'eau et d'éthanol, l'efficacité passe à 66%. L'acide ascorbique agit comme un donneur d'électrons, s'épuise et doit être régulièrement renouvelé au cours de chaque cycle de production d'hydrogène.
Travail
Les chercheurs expliquent que les points quantiques CdSe absorbent deux photons de lumière et transfèrent deux électrons au catalyseur Ni lui permettant d'absorber deux protons pour produire de l'hydrogène en formant localement le catalyseur nécessaire à partir des ligands des points quantiques. Les paires catalyseur-nanocrystal sont meilleures que les autres systèmes de nanoparticules de photosynthèse artificielle car elles sont plus stables à la lumière du soleil.
Applications
Cette découverte pourrait être très importante pour les applications d'énergie verte et aussi pour certains procédés industriels comme ceux de production d'ammoniac dans le procédé Haber.