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Une équipe de recherche du Tokyo Institute of Technology a créé la première photoanode à lumière visible en dioxyde de titane ou TiO2 enrichi en cobalt. L’anode est un élément clé nécessaire pour réaliser un fractionnement abordable de l’eau pour produire de l’hydrogène, une alternative propre aux combustibles fossiles.

Dans un article publié dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces , les chercheurs expliquent que le fractionnement photoélectrochimique de l’eau, le processus par lequel l’énergie lumineuse est utilisée pour diviser les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, est une approche prometteuse pour obtenir de l’hydrogène pur à utiliser comme alternative. carburant propre.

GRÂCE À PLUSIEURS TYPES D’ANALYSES DE SPECTROMÉTRIE ET DE MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE À BALAYAGE, LES CHERCHEURS ONT IDENTIFIÉ LA COMPOSITION ET LA STRUCTURE DE LA SURFACE MODIFIÉE AU COBALT DE LA PHOTOANODE TIO2 POUR COMPRENDRE COMMENT LE COBALT PERMET AU MATÉRIAU D’ABSORBER LA LUMIÈRE VISIBLE POUR MOBILISER LES ÉLECTRONS ET PROVOQUER L’OXYDATION DE L’EAU

Le processus est effectué dans des cellules électrochimiques qui contiennent une anode et une cathode immergées dans l’eau, qui sont connectées via un circuit externe. À l’anode, l’oxydation de l’eau se produit, ce qui produit de l’O2 en puisant l’énergie des ondes lumineuses. Ces ondes transfèrent de l’énergie aux électrons du matériau anodique, leur permettant de se déplacer à travers le circuit externe pour atteindre la cathode. Ici, les électrons reçus et le matériau de la cathode provoquent la formation de H2.

Selon l’équipe, à ce jour, il a été difficile de trouver des systèmes photo-électrochimiques qui assurent efficacement ce processus. L’une des raisons en est que le dioxyde de titane, qui est un matériau photo-anode bien connu et largement utilisé, ne peut absorber l’énergie que de la lumière à haute énergie.

Parfois, le TiO2 est mélangé à de l’or et de l’argent pour le sensibiliser à la lumière visible mais, en conséquence, l’application devient coûteuse.

Cependant, en améliorant le TiO2 avec du cobalt, il est possible de créer une photo-anode en lumière visible.

Pour ce faire, des films minces de TiO2 sont cultivés sur un substrat selon une procédure standard, puis le cobalt est introduit en les plongeant dans une solution aqueuse de nitrate de cobalt.

Cette méthode fonctionne car les domaines du cobalt captent non seulement la lumière visible et transfèrent les charges ou les électrons à l’interface TiO2 mais servent également de sites catalytiques qui facilitent l’oxydation de l’eau.

De plus, les chercheurs ont découvert que la structure du film mince de base TiO2 affecte les performances de la photoanode modifiée finale, probablement en permettant le logement des atomes de cobalt. La structure du film de TiO2 peut être facilement ajustée en ajustant les paramètres de fabrication, ce qui a permis à l’équipe d’effectuer plusieurs tests pour mieux comprendre ce phénomène.

« Cette étude démontre qu’une cellule photoélectrochimique à lumière visible pour l’oxydation de l’eau peut être construite en utilisant des métaux riches en terre sans avoir besoin de procédures de préparation compliquées », a déclaré Kazuhiko Maeda, auteur principal de l’étude, dans un communiqué de presse. .

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