TMDC Nanoflakes fait un nouveau type de cellule solaire photosynthétique

- Feb 18, 2017 -

Les nanoflakes de disélénure de tungstène peuvent être utilisés pour convertir chimiquement le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone dans un liquide ionique. C'est la nouvelle découverte de chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago dont le dispositif "photosynthétique" fonctionne en utilisant seulement la lumière du soleil. Le nouveau type de cellule solaire pourrait être utilisé pour éliminer le carbone de l'atmosphère et produire du carburant en même temps.


La réduction électrochimique du CO 2 pourrait en principe être un bon moyen de recycler ce gaz à effet de serre dans les carburants. Cependant, les catalyseurs existants pour cette réaction sont tout simplement trop inefficaces.

Une équipe dirigée par Amin Salehi-Khojin   comme maintenant testé l'efficacité d'une classe de matériaux 2D appelé dichalcogénures de métal de transition (TMDC) comme catalyseurs pour cette réaction. Les chercheurs ont apparié les matériaux avec un liquide ionique en tant qu'électrolyte à l'intérieur d'une cellule électrochimique à trois électrodes à deux compartiments.

Diselénide de tungstène fait la feuille artificielle

Ils ont trouvé que le diséléniure de tungstène était le meilleur, et sous sa forme de nanoflake, ont surpassé les catalyseurs en vrac (faits d'argent par exemple) par un facteur de 60. C'était aussi au moins deux fois plus bon que les autres composés de nanoflake analysés dans l'étude. Il est également 20 fois moins cher qu'un catalyseur à l'argent.

L'équipe a ensuite utilisé son catalyseur pour construire une feuille artificielle composée de deux cellules photovoltaïques à triple jonction en silicium mesurant 18 cm 2 pour récolter de la lumière. Le diséléniure de tungstène et le catalyseur liquide ionique constituaient la cathode dans la cellule tandis que l'oxyde de cobalt dans un électrolyte de phosphate de potassium constituait l'anode.

Imitation du processus de photosynthèse

«Cette feuille artificielle imite le processus de photosynthèse», explique Salehi-Khojin. «Le gaz de synthèse est un mélange d'hydrogène gazeux et de monoxyde de carbone et il peut être brûlé directement dans des turbines à gaz et des gaz de synthèse Moteurs diesel ou d'autres hydrocarbures à haute densité tels que le naphta. Salehi-Khojin dit que lui et ses collègues peuvent également ingénier leur catalyseur pour produire directement du sucre ou d'autres hydrocarbures.

Les chercheurs ont mesuré l'activité catalytique par chaque site actif sur leur feuille artificielle quand elle a été exposée à la lumière de 100 W / cm 2 . Il s'agit de l'intensité moyenne de la lumière du soleil atteignant la surface de la Terre. Le gaz de synthèse est produit à la cathode et de l'oxygène libre et des ions hydrogène sont produits à l'anode. Les ions hydrogène se diffusent par une membrane vers le côté cathode pour participer à la réaction de réduction de CO 2 .

Fermes solaires

"Cette réaction était 1000 fois meilleure que celle mesurée pour les nanoparticules d'argent et 60 fois mieux que nos travaux précédents effectués sur le sulfure de molybdène en masse", Salehi-Khojin dit nanotechweb.org . "De plus, l'efficacité de la conversion solaire-carburant pour le système est de 4,6%, ce qui représente une augmentation de 2,5% par rapport aux systèmes précédents."

De telles feuilles artificielles pourraient être utilisées pour faire des fermes solaires à proximité des centrales chimiques et des centrales électriques afin de convertir le CO 2 des flux de gaz d'échappement en carburants utilisant uniquement l'énergie du soleil, ajoute-t-il. «De cette façon, nous pouvons non seulement corriger le CO 2, mais aussi stocker l'énergie du soleil sous forme de liaisons chimiques, qui est le moyen le plus efficace de stocker cette énergie.

L 'équipe de l' Illinois, qui rend compte de ses travaux dans le domaine des sciences , espère maintenant étendre son système en collaboration avec l 'industrie et a déjà déposé un brevet provisoire.


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