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27 Octobre 2022
Des chercheurs de NUS mettent au point une technique révolutionnaire pour générer de l'hydrogène plus efficacement à partir de l'eau
La découverte par l'équipe que la lumière peut déclencher un tout nouveau mécanisme électro-catalytique d'électrolyse de l'eau pourrait rendre l'hydrogène plus abordable comme source d'énergie propre.
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Une équipe de la NUS dirigée par le professeur associé Xue Jun Min (au centre) a découvert que la lumière peut déclencher un nouveau mécanisme dans un matériau catalytique largement utilisé dans l'électrolyse de l'eau (présenté par M. Zhong Haoyin), où l'eau est décomposée en hydrogène et en oxygène. Le résultat est une méthode plus efficace sur le plan énergétique pour obtenir de l'hydrogène. Le Dr Vincent Lee Wee Siang (à droite) est membre de l'équipe de recherche.
Une équipe de chercheurs de l'université nationale de Singapour (NUS) a fait une découverte scientifique fortuite qui pourrait révolutionner la façon dont l'eau est décomposée pour libérer de l'hydrogène, un élément crucial pour de nombreux processus industriels.
L'équipe, dirigée par le professeur associé Xue Jun Min, le Dr Wang Xiaopeng et le Dr Vincent Lee Wee Siang du département de science et d'ingénierie des matériaux du NUS College of Design and Engineering (NUS CDE), a découvert que la lumière peut déclencher un nouveau mécanisme dans un matériau catalytique largement utilisé dans l'électrolyse de l'eau, où l'eau est décomposée en hydrogène et en oxygène. Le résultat est une méthode d'obtention d'hydrogène plus efficace sur le plan énergétique.
Cette percée a été réalisée en collaboration avec le Dr Xi Shibo de l'Institute of Sustainability for Chemicals, Energy and Environment de l'Agency for Science, Technology and Research (ASTAR), le Dr Yu Zhigen de l'Institute of High Performance Computing de l'ASTAR et le Dr Wang Hao du Department of Mechanical Engineering du NUS CDE.
"Nous avons découvert que le centre redox de la réaction électrocatalytique passe du métal à l'oxygène sous l'effet de la lumière", a déclaré le professeur adjoint Xue. "Cela améliore considérablement l'efficacité de l'électrolyse de l'eau".
Cette nouvelle découverte peut potentiellement ouvrir la voie à de nouvelles méthodes industrielles plus efficaces pour produire de l'hydrogène et mettre cette source de carburant écologique à la portée d'un plus grand nombre de personnes et d'industries.
Le professeur Xue et son équipe ont détaillé leur découverte dans un article de recherche publié dans la célèbre revue scientifique Nature le 26 octobre 2022.
La percée accidentelle
En temps normal, le professeur Xue et son équipe n'auraient peut-être pas pu faire une découverte aussi révolutionnaire. Mais une mise sous tension accidentelle des plafonniers de son laboratoire il y a près de trois ans leur a permis d'observer quelque chose que la communauté scientifique mondiale n'avait pas encore réussi à faire.
À l'époque, les plafonniers du laboratoire de recherche du professeur agrégé Xue étaient généralement allumés pendant 24 heures. Une nuit en 2019, les lumières se sont éteintes en raison d'une panne de courant. Lorsque les chercheurs sont revenus le lendemain, ils ont constaté que les performances d'un matériau à base d'oxyhydroxyde de nickel dans l'expérience d'électrolyse de l'eau, qui s'était poursuivie dans l'obscurité, avaient chuté de manière drastique.
"Cette baisse de performance, personne ne l'avait jamais remarquée auparavant, car personne n'avait jamais réalisé l'expérience dans l'obscurité", a déclaré le professeur adjoint Xue. "De plus, la littérature dit qu'un tel matériau ne devrait pas être sensible à la lumière ; la lumière ne devrait avoir aucun effet sur ses propriétés."
Le mécanisme électro-catalytique de l'électrolyse de l'eau est un sujet très bien étudié, tandis que le matériau à base de nickel est un matériau catalytique très courant. Par conséquent, afin d'établir qu'ils étaient sur le point de découvrir quelque chose de révolutionnaire, le professeur adjoint Xue et son équipe ont entrepris de nombreuses expériences répétées. Ils ont approfondi les mécanismes à l'origine d'un tel phénomène. Ils ont même répété l'expérience en dehors de Singapour pour s'assurer que leurs résultats étaient cohérents.
Trois ans plus tard, le professeur Xue et son équipe ont enfin pu publier leurs résultats dans un article.
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La découverte révolutionnaire du professeur Xue Jun Min (au centre) et de son équipe pourrait rendre l'hydrogène plus abordable en tant que source d'énergie propre.
Prochaines étapes
Forte de ses découvertes, l'équipe travaille maintenant à la conception d'une nouvelle façon d'améliorer les processus industriels de production d'hydrogène. Le professeur associé Xue suggère de rendre transparentes les cellules contenant de l'eau, afin d'introduire de la lumière dans le processus de séparation de l'eau.
"Cela devrait nécessiter moins d'énergie dans le processus d'électrolyse, et il devrait être beaucoup plus facile d'utiliser la lumière naturelle", a déclaré le professeur associé Xue. "On peut produire plus d'hydrogène en un temps plus court, avec moins d'énergie consommée".
Les entreprises alimentaires utilisent l'hydrogène pour transformer les huiles et les graisses insaturées en graisses saturées, qui nous donnent la margarine et le beurre. L'hydrogène est également utilisé pour souder les métaux, car il peut générer une température élevée de 4 000 °C. L'industrie pétrolière utilise le gaz pour éliminer le soufre du pétrole.
En outre, l'hydrogène peut potentiellement être utilisé comme carburant. Longtemps présenté comme un carburant durable, l'hydrogène ne produit aucune émission car il brûle en réagissant avec l'oxygène - aucune inflammation n'est nécessaire, ce qui en fait une source de carburant plus propre et plus verte. Il est également plus facile à stocker, ce qui le rend plus fiable que les batteries à énergie solaire.
Le professeur adjoint Xue est heureux que les résultats obtenus par son équipe de chercheurs puissent contribuer à la découverte scientifique. Il pense que le moyen de développer la science n'est pas de trouver sans cesse de nouvelles façons de faire ce qui a déjà été fait, mais de repousser constamment les limites.
"Ce n'est que par l'accumulation de nouvelles connaissances que nous pourrons améliorer progressivement la société", a déclaré le professeur associé Xue.