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Une équipe de recherche de l’INRS met au point une solution prometteuse pour améliorer la conversion de l’énergie solaire en carburant.
Le carburant solaire permet de stocker et de transporter l’énergie solaire tout en surmontant la variabilité de cette ressource renouvelable intermittente. Or, la conversion de l’énergie solaire propre en carburant comporte certaines limites. L’équipe de la professeure Dongling Ma de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), en collaboration avec les professeurs Aycan Yurtsever et Mohamed Chaker, a mis au point une solution prometteuse. Les résultats de leur recherche ont été publiés dans la revue Nature Communications.
La conversion de l’énergie en carburant est l’une des applications prometteuses et en plein essor des réseaux métallo-organiques (MOF). Cette catégorie de polymères cristallins, qui absorbent les photons de la lumière du soleil, peut être utilisée dans la technologie solaire. L’énergie des photons sépare un électron (charge négative) de son trou (charge positive). Si ces deux charges se recombinent avant de participer aux réactions d’oxydation et de réduction, l’énergie est perdue et le rendement photocatalytique est plutôt faible. La recombinaison rapide des porteurs de charge dans ces réseaux est essentielle, puisqu’elle est la limitation la plus importante pour leur application photocatalytique.
L’avantage des homojonctions
Selon la professeure Dongling Ma, les homojonctions pourraient surmonter cette limitation inhérente. Constituées de semi-conducteurs de composition semblable, les homojonctions attirent de plus en plus l’attention pour leur capacité supérieure à favoriser la séparation des charges.
« Nous sommes les premiers à synthétiser les homojonctions MOF. La séparation de charge améliorée entraîne une réduction du dioxyde de carbone (CO2) avec un ratio de carburant de monoxyde de carbone (CO) très élevé et une excellente stabilité. »
Dongling Ma, responsable scientifique du Laboratoire de chimie des nanomatériaux et des caractérisations optiques avancées.
Les membres de son équipe ont obtenu ces résultats en mettant au point une voie de synthèse facile. Ils ont utilisé des nanocubes creux en or et en argent pour induire la croissance du MOF en une seule étape. L’homojonction MOF est composée de deux nanoplaques MOF concentriques empilées, de même orientation et de taille uniforme.
« Notre travail fournit une plateforme puissante pour synthétiser des MOF performants et met en lumière les relations hiérarchiques structure-fonction des MOF, explique la professeure Ma. Il ouvre la porte à une conversion plus efficace de l’énergie solaire en carburant afin de remplacer le pétrole et le gaz. »
À propos de l’étude
L’article « Phase-enabled metal-organic framework homojunction for highly selective CO2 photoreduction », par Yannan Liu, Chuanshuang Chen, Jesus Valdez, Debora Motta Meira, Wanting He, Yong Wang, Catalin Harnagea, Qiongqiong Lu, Tugrul Guner, Hao Wang, Cheng-Hao Liu, Qingzhe Zhang, Shengyun Huang, Aycan Yurtsever, Mohamed Chaker et Dongling Ma, a été publié dans Nature Communications. L’étude a reçu le soutien financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT).
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