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Engineering Silicon Carbide Nanowires for Solar Fuels Production

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La recherche sur les nanofils pourrait annoncer une nouvelle génération d'appareils solaires portables

Des chercheurs financés par l'UE ont développé des nanomatériaux qui, exploités à plus grande échelle, permettraient de produire une nouvelle génération d'appareils fonctionnant à l'énergie solaire et susceptibles de remplacer nos batteries ou les gros panneaux solaires.

Énergie

Les combustibles solaires, ces carburants chimiques synthétiques produits grâce au soleil par photosynthèse artificielle, représentent une alternative renouvelable prometteuse aux carburants fossiles et pourraient permettre de réduire nos émissions de carbone. Des chercheurs financés par l'UE dans le cadre du projet SOLARFUELS, ont développé un nouveau procédé de production à grande échelle de nanofils alignés de carbure de silicium, ouvrant ainsi la voie à l'utilisation de ces nanofils dans la conception de futurs dispositifs mobiles alimentés par un combustible solaire et susceptibles de remplacer nos batteries et panneaux solaires encombrants. Les nanomatériaux développent une surface importante, ce qui augmente mécaniquement l'efficacité de leur conversion énergétique, tandis que les semi-conducteurs de nanofils de carbure de silicium (SIC) présentent des performances photocatalytiques efficaces en lumière visible. L'alignement des nanofils facilite le contrôle de leur capacité de récolte des photons lumineux et constitue une étape cruciale vers la conception d’un appareil. «Les nanofils alignés de carbure de silicium améliorent ainsi la capture et le transfert des électrons et peuvent être utilisés pour convertir l'énergie solaire», nous explique Jindui Hong, qui a reçu une bourse Marie Skłodowska-Curie de deux ans pour mener ces recherches à l'Université d'Oxford. «Nous avons maintenant démontré cette conversion. Mieux encore, nous avons pu la mesurer grâce à un outil de diagnostic in situ que nous avons également développé dans le cadre de précédents projets comme DEDIGROWTH et DEVICE, également financés par l'UE», explique Nicole Grobert, coordinatrice du projet SOLARFUELS et professeur en nanomatériaux à l’université d’Oxford. «Nous avons pu mesurer la masse des molécules libérées, une masse que l’on ne connaissait qu’en théorie pour la conversion du carbure de silicium et des nanotubes de carbone», nous dit-elle. «C'est la première fois que des expériences ont été menées pour surveiller la réaction de conversion in situ afin de comprendre comment se forment les nanofils». «En changeant la chimie des nanotubes de carbone et en créant des nanofils de carbure de silicium, nous contrôlons la bande d’énergie interdite auquel vous n'avez pas nécessairement accès avec les nanotubes de carbone multi-parois conventionnels», nous explique-t-elle, se référant aux multiples couches laminées de carbone des recherches antérieures, qui possèdent des propriétés différentes. Mise à l'échelle Le principal goulot d'étranglement des nanomatériaux en application industrielle réside dans leur fabrication à grande échelle sans en altérer les propriétés, la plupart des recherches sur la photosynthèse utilisant des nanomatériaux reposent en effet sur l'observation expérimentale de quelques molécules ou de quelques milligrammes invisibles à l'œil nu. Le laboratoire de l'université d'Oxford est déjà prêt pour la production de grandes quantités de nanotubes de carbone alignés, à tel point qu'une matrice de nanotubes de carbone a déjà été utilisée pour produire les nanofils de carbure de silicium alignés. «Nous avons réussi à développer un protocole qui nous a permis de créer des nanofils de carbure de silicium à l'échelle du gramme. En les testant, nous avons montré qu'ils étaient efficaces en termes de réaction photocatalytique dans le spectre visible», explique ainsi le professeur Grobert. «Nous disposons maintenant de suffisamment de nanomatériaux pour créer un appareil portable léger qui pourrait être utilisé lors de déplacements». La conception et la création d’un appareil de poche fera l’objet d’un nouveau projet. Comme la lumière du soleil nous parvient essentiellement sous forme de lumière visible, «pouvoir la récolter et la convertir en énergie est un pari gagnant. Nous pouvons diriger simplement la lumière sur une surface quelconque, éliminant le besoin de transformateurs et de l'étape supplémentaire de génération d'énergie», explique le professeur Grobert. «Dans un processus qui a besoin d'énergie, vous pouvez diriger la lumière du soleil directement sur l'application». Purifier l’eau Bien que l'objectif initial du projet était d'utiliser des nanomatériaux pour la conversion d'énergie, les chercheurs ont également constaté que les nanofils de carbure de silicium permettaient de réduire rapidement la pollution des eaux dans le spectre visible. «Ils sont actifs pour la dégradation des polluants de l'eau et sont opérationnels tant en lumière visible que sous UV», conclut le Dr Hong.

Mots‑clés

SOLARFUELS, énergie, énergie renouvelable, énergie solaire, combustible solaire, nanofils, nanotechnologie, matériaux, technologie de batterie, DEDIGROWTH, DEVICE

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