Le fractionnement de l'eau photocatalytique est une technologie d'énergie propre qui utilise la lumière du soleil pour diviser l'eau en oxygène et en hydrogène afin de produire de l'hydrogène vert – un carburant propre – sans s'appuyer sur des combustibles fossiles. Le processus est entraîné par un photocatalyseur.
Tandis que le dioxyde de titane (Tio2) a longtemps été étudié comme un semi-conducteur prometteur pour la division de l'eau photocatalytique, son efficacité a été entravée par une recombinaison rapide et une séparation de charges insuffisantes.
Maintenant, cependant, une équipe de recherche dirigée par le professeur Liu Gang de l'Institute of Metal Research (IMR) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a réalisé une percée dans le dixyde dans l'eau photocatalytique en développant un dioxyde de titane de scandium (SC) (TIO (TIO (TIO (TIO (SC)2) Semi-conducteur dans la phase cristalline du rutile. L'étude est publiée dans le Journal de l'American Chemical Society.
Le nouveau matériau a démontré un rendement quantique apparent (AQY) de 30,3%, qui mesure le pourcentage de photons qui conduisent à une division utile de l'eau, et une efficacité solaire à hydrogène (STH) de 0,34%, ce qui indique le pourcentage d'énergie solaire converti en énergie hydrogène. Les deux valeurs définissent de nouvelles références pour TIO2– Diffusion globale de l'eau globale basée sur la base dans des conditions ambiantes (non pressurisées, non chauffées).
Pour surmonter les défis associés à Tio2l'équipe de recherche a utilisé une approche double-stratégie. Premièrement, SC3+ Le dopage a effectivement éliminé Ti préjudiciable3+ défauts, connus pour piéger les charges et provoquer une perte d'énergie. L'équipe a ensuite conçu une jonction de facettes entre les plans en cristal (101) et (110), générant un champ électrique intégré qui entraîne des électrons et des trous pour séparer les facettes: réduction de la réduction de l'eau et des réactions d'oxydation.
« Cette double approche minimise non seulement la recombinaison des charges induite par les défauts, mais imite également le mécanisme de séparation des charges efficace des jonctions PN dans les cellules photovoltaïques », a déclaré le professeur Liu.
Les résultats soulignent le potentiel commercial important du TIO dopé à SC2en particulier compte tenu de l'abondance des ressources en titane et du scandium de la Chine. Avec une chaîne d'approvisionnement industrielle établie pour le dioxyde de titane et les capacités avancées de traitement des terres rares, cette innovation pourrait ouvrir la voie à une production d'hydrogène évolutive et rentable.
« Notre stratégie de conception – suppression des défauts et tirant parti de l'anisotropie des cristaux – correspond parfaitement aux forces des ressources et aux infrastructures industrielles de la Chine », a déclaré le professeur Liu. L'équipe vise désormais à améliorer l'absorption de la lumière et à intégrer le matériau dans des systèmes évolutifs basés sur solaire.
