La Chine réalise une nouvelle avancée dans la recherche sur la transformation de l'eau en carburant

Des scientifiques testent un échantillon d'un matériau photocatalyseur semi-conducteur au dioxyde de titane (TiO₂) après son amélioration au laboratoire du Centre de recherche sur les matériaux de Shenyang - Institut de recherche sur les métaux de l'Académie chinoise des sciences, le 7 avril. Photo : Xinhua

Il y a 150 ans, l’écrivain de science-fiction Jules Verne prédisait : l’eau deviendra le carburant ultime du futur. Aujourd’hui, les scientifiques s’efforcent de faire de cette prédiction une réalité.

Liu Gang, directeur de l'Institut de recherche sur les métaux de l'Académie chinoise des sciences et chef de l'équipe de recherche, a déclaré que l'équipe de recherche scientifique chinoise a récemment réalisé des progrès révolutionnaires dans le domaine de la « séparation photocatalytique de l'eau pour générer de l'hydrogène ».

En « restructurant » et en « remplaçant des éléments » dans le matériau semi-conducteur photocatalytique dioxyde de titane (TiO₂), l’équipe a considérablement amélioré l’efficacité de la génération d’hydrogène gazeux directement à partir de la lumière du soleil.

Les résultats de la recherche connexe ont été publiés dans le Journal of the American Chemical Society le 8 avril.

Il existe actuellement deux principales méthodes de production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire.

L’une d’elles consiste à utiliser des panneaux solaires pour produire de l’électricité, puis à électrolyser l’eau – bien que très efficace, l’équipement est complexe et coûteux.

La deuxième est la photolyse directe utilisant la lumière du soleil – en utilisant des matériaux semi-conducteurs tels que le dioxyde de titane pour « séparer l’eau » sous la lumière du soleil.

L’équipe de Liu Gang s’est concentrée sur la deuxième méthode.

Selon l'introduction, la méthode traditionnelle d'utilisation du dioxyde de titane pour séparer l'eau rencontre un obstacle majeur : lorsque la lumière brille sur le dioxyde de titane, des particules chargées électriquement (électrons et trous d'électrons) sont générées à l'intérieur, et ces particules sont les « outils » pour séparer l'eau. Cependant, cet électron et ce trou sont instables.

« Les électrons et les trous sont comme des bolides égarés, se heurtant au hasard dans le labyrinthe de la structure matérielle ; la plupart d'entre eux se recombinent et disparaissent en un millionième de seconde. De plus, le processus de fabrication à haute température provoque souvent le « départ » des atomes d'oxygène, créant des lacunes d'oxygène et une capture d'électrons, ce qui réduit l'efficacité de la réaction photocatalytique », explique Liu Gang.

Pour surmonter ce problème, l’équipe de recherche a introduit de manière créative un élément « voisin » du titane dans le tableau périodique – le scandium (Sc) pour améliorer le dioxyde de titane. Les résultats ont montré que l’élément Scandium présente trois avantages majeurs :

Premièrement, le rayon ionique du Sc est similaire à celui du Ti, il peut donc être intégré dans le réseau cristallin sans déformer la structure.

Deuxièmement, l’état de valence stable du Sc aide à neutraliser le déséquilibre de charge causé par la lacune d’oxygène.

Troisièmement, les ions Sc peuvent restructurer la surface du cristal, créant une structure de surface spéciale, comme la construction d'« autoroutes et d'intersections pour les électrons et les trous d'électrons », les aidant à s'échapper du labyrinthe en douceur.

Grâce à des ajustements sophistiqués, l'équipe a réussi à créer un matériau en dioxyde de titane avec des performances exceptionnelles : la capacité d'absorption des rayons ultraviolets a dépassé 30 %, l'efficacité de la génération d'hydrogène sous une lumière solaire simulée a été multipliée par 15 par rapport au même matériau, établissant un nouveau record dans ce système de matériaux.

« Si ce matériau est utilisé pour fabriquer un panneau photocatalytique d'un mètre carré, sous la lumière du soleil, il peut produire environ 10 litres d'hydrogène gazeux par jour », a déclaré Liu Gang.

Le dioxyde de titane est un matériau inorganique largement utilisé dans l'industrie. La production chinoise représente plus de 50 % de la production mondiale, formant une chaîne industrielle complète, ont ajouté les chercheurs. Parallèlement, les réserves chinoises de scandium, un élément de terre rare, se classent également au premier rang mondial. Cela crée des avantages industriels potentiels pour le développement et l’application de matériaux photocatalytiques à l’avenir.

À mesure que l’efficacité de la séparation de l’eau photovoltaïque continue de s’améliorer, cette technologie aura un potentiel d’application à l’échelle industrielle, favorisant la transformation de la structure énergétique mondiale.

Source : https://baotintuc.vn/khoa-hoc-cong-nghe/trung-quoc-dat-dot-pha-moi-trong-tien-trinh-nghien-cuu-bien-nuoc-thanh-nhien-lieu-20250409112539937.htm