Billigere, mindre giftige og genanvendelige lysabsorbere til brintproduktion

Efterligning af fotosyntese i planter, at bruge lys til at omdanne stabile og rigelige molekyler som vand og CO2 til et højenergibrændstof (brint) eller til kemikalier af industriel interesse, er en stor forskningsudfordring i dag. Imidlertid, opnåelse af kunstig fotosyntese i opløsning forbliver begrænset af brugen af ​​dyre og giftige metalbaserede forbindelser til at høste lys. Forskere ved CNRS, CEA og Université Grenoble Alpes foreslår et effektivt alternativ ved hjælp af halvleder nanokrystaller (også kaldet kvanteprikker) baseret på billigere og mindre giftige elementer, såsom kobber, indium og svovl. Deres arbejde blev udgivet i Energi- og miljøvidenskab den 10. april 2018.

I kunstige fotosyntesesystemer kromoforer, eller "fotosensibilisatorer", absorbere lysenergi og overføre elektroner til katalysatoren, som aktiverer den kemiske reaktion. Selvom der i de senere år er sket store fremskridt i udviklingen af ​​katalysatorer uden ædelmetaller, fotosensibilisatorer er stadig afhængige, i hovedsagen, på molekylære forbindelser indeholdende sjældne og dyre metaller, såsom ruthenium og iridium, eller på uorganiske halvledermaterialer indeholdende cadmium, et giftigt metal.

For første gang, forskere ved Département de Chimie Moléculaire (CNRS/Université Grenoble Alpes) og SyMMES (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes)1 har demonstreret, ved at slutte sig til deres ekspertise inden for halvlederteknik og fotokatalyse, at det er muligt at producere brint meget effektivt ved at kombinere uorganiske halvledernanokrystaller (kvanteprikker) dannet af en kobber- og indiumsulfidkerne beskyttet af en zinksulfidskal, med en kobolt-baseret molekylær katalysator. Dette "hybride" system kombinerer de fremragende synligt lysabsorberende egenskaber og den store stabilitet af uorganiske halvledere med effektiviteten af ​​molekylære katalysatorer. I nærvær af overskydende C-vitamin, som leverer elektroner til systemet, det viser bemærkelsesværdig katalytisk aktivitet i vand, den bedst opnåede til dato med cadmiumfrie kvanteprikker. Dette systems ydeevne er meget højere end den, der opnås med en ruthenium-baseret fotosensibilisator, på grund af den meget høje stabilitet af uorganiske kvanteprikker, som kan genbruges flere gange uden nævneværdigt tab af aktivitet.

Disse resultater viser det høje potentiale af sådanne hybridsystemer til brintproduktion ved hjælp af solenergi.