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La découverte améliore la stabilité de la manufacturing d'éthylène et d'hydrogène through la photosynthèse artificielle :


Une équipe de recherche a développé un nouveau dispositif de photosynthèse artificielle doté d'une stabilité et d'une longévité remarquables, car il convertit la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en deux resources prometteuses de carburants renouvelables : l'éthylène et l'hydrogène.

Les découvertes des chercheurs, qu'ils ont récemment publiées dans la revue Mother nature Strength, révèlent comment l'appareil se dégrade avec l'utilisation, puis montrent comment l'atténuer.

« En comprenant comment les matériaux et les appareils se transforment en fonctionnement, nous pouvons concevoir des approches plus durables et ainsi réduire les déchets », a déclaré l'auteur principal Francesca Toma, scientifique au sein de la Liquid Daylight Alliance (LiSA) et de la division des sciences chimiques du Berkeley Lab.

Pour la présente étude.

L'oxyde cuivreux a longtemps intrigué les scientifiques, auto la résistance du matériau - sa grande réactivité à la lumière - est également sa faiblesse, motor vehicle la lumière provoque la décomposition du matériau en quelques minutes seulement après l'exposition. Mais malgré son instabilité.

Pour mieux comprendre comment optimiser les problems de travail de ce matériau prometteur, Toma et son équipe ont examiné de moreover près la construction cristalline de l'oxyde cuivreux avant et après utilisation.

Des expériences de microscopie électronique à la Molecular Foundry ont confirmé que l'oxyde cuivreux s'oxyde ou se corrode rapidement en quelques minutes d'exposition à la lumière et à l'eau. les chercheurs ont généralement utilisé l'eau comme électrolyte dans la réduction du dioxyde de carbone en produits chimiques ou carburants renouvelables, tels que l'éthylène et l'hydrogène, mais l'eau contient des ions hydroxyde, ce qui entraîne une instabilité.

Mais une autre expérience. a révélé un indice inattendu : l'oxyde cuivreux se corrode encore moreover rapidement dans l'eau contenant des ions hydroxyde, qui sont des ions chargés négativement constitués d'un atome d'oxygène lié à un atome d'hydrogène.

"Nous savions que c'était instable, mais nous avons été surpris d'apprendre à quel position c'est vraiment instable", a déclaré Toma. "Lorsque nous avons commencé cette étude, nous nous sommes demandé si la clé d'un meilleur dispositif de combustibles solaires n'était peut-être pas dans le matériau en lui-même mais dans l'environnement international de la réaction, y compris l'électrolyte."

"Cela démontre que les hydroxydes contribuent à la corrosion. D'un autre côté, nous avons pensé que si vous éliminez la source de corrosion, vous éliminez la corrosion", a expliqué le leading auteur Guiji Liu, scientifique du projet LiSA à la division des sciences chimiques du Berkeley Lab.

Découvrir des indices inattendus de corrosion

Dans les appareils électroniques, les paires électron-trou se séparent en électrons et en trous pour générer une charge. Mais une fois séparés, si les électrons et les trous ne sont pas utilisés pour générer de l'électricité., ils peuvent réagir avec le matériau et le dégrader.

cette recombinaison peut corroder l'oxyde cuivreux si elle n'est pas correctement contrôlée. Les scientifiques ont longtemps supposé que les électrons étaient seuls responsables de la corrosion de l'oxyde cuivreux. Mais à la shock de Toma et Liu, des simulations informatiques effectuées au Centre nationwide de calcul scientifique de la recherche énergétique (NERSC) ont montré que les trous jouent également un rôle. "Avant notre étude, la plupart des gens pensaient que la dégradation de l'oxyde cuivreux induite par la lumière était principalement causée par des électrons et non par des trous", a déclaré Liu.

Les simulations ont également laissé entrevoir une answer de contournement potentielle à l'instabilité inhérente de l'oxyde cuivreux  : un PEC d'oxyde cuivreux recouvert d'argent sur le dessus et d'oxyde d'or/fer en dessous. Ce "schéma en Z". devrait créer un "entonnoir" qui envoie des trous de l'oxyde cuivreux au "puits" d'or/oxyde de fer. De moreover, la diversité des matériaux à l'interface devrait stabiliser le système en fournissant des électrons supplémentaires pour se recombiner avec les trous de l'oxyde cuivreux, a expliqué Toma.

Pour valider leurs simulations. Pour leur moreover grand plaisir, l'appareil a produit de l'éthylène et de l'hydrogène avec une sélectivité sans précédent - et pendant in addition de 24 heures. "C'est un résultat passionnant." dit Toma.

a ajouté Liu.

Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs travaux sur le développement de nouveaux dispositifs à flamable solaire pour la manufacturing de combustibles liquides en utilisant leur nouvelle approche. a conclu Toma.