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Pour la première fois, les chercheurs ont réussi à créer une molécule de fer qui peut fonctionner à la fois comme un photocatalyseur pour produire du carburant et dans les cellules solaires pour produire de l’électricité. Ces résultats signifient que cette molécule de fer pourrait remplacer les métaux plus coûteux et plus rares utilisés aujourd’hui.

Du fer pour remplacer des métaux plus coûteux

Certains photocatalyseurs et cellules solaires sont basés sur une technologie qui utilise des molécules contenant des métaux – connu sous le nom de complexes métalliques. La tâche des complexes métalliques est d’absorber les rayons du soleil et d’utiliser leur énergie. Les métaux présents dans ces molécules posent toutefois un problème majeur, car ce sont des métaux rares et coûteux, comme le ruthénium, l’osmium et l’iridium.
« Nos résultats démontrent qu’en utilisant une conception moléculaire avancée, il est possible de remplacer ces métaux par du fer, qui est commun dans la croûte terrestre et donc bon marché », explique le professeur de chimie Kenneth Wärnmark de l’Université de Lund en Suède.
Avec ses collègues, Kenneth Wärnmark a longtemps travaillé à trouver des alternatives aux métaux coûteux. Les chercheurs se sont concentrés sur le fer qui, avec sa prévalence de 6% dans la croûte terrestre, est beaucoup plus facile à trouver. Les chercheurs ont produit leurs propres molécules à base de fer dont le potentiel d’utilisation dans les applications comme l’énergie solaire a été prouvé dans des études antérieures.

Du fer lumineux

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont fait un pas de plus et ont mis au point une nouvelle molécule à base de fer capable de capter et d’utiliser l’énergie de la lumière solaire pendant une période suffisamment longue pour qu’elle réagisse avec une autre molécule. Cette nouvelle molécule de fer a également la capacité de luire assez longtemps pour permettre aux chercheurs de voir la lumière à base de fer à l’œil nu et à la température ambiante
« Ce bon résultat dépend du fait que nous avons optimisé la structure moléculaire autour de l’atome de fer », explique Petter Persson, un collègue de l’Université de Lund qui a participé à cette recherche.
Selon les chercheurs, cette molécule de fer pourrait être utilisée dans de nouveaux types de photocatalyseurs pour la production d’énergie solaire, soit sous forme d’hydrogène par séparation de l’eau, soit sous forme de méthanol à partir de dioxyde de carbone. En outre, ces nouvelles découvertes ouvrent d’autres domaines d’application potentiels pour ces molécules de fer; par exemple comme matériaux dans les diodes lumineuses (diodes électroluminescentes).

De bons résultats rapidement

Ce qui a surpris les chercheurs de Lund est qu’ils sont arrivés à de bons résultats très rapidement; en un peu plus de cinq ans, ils ont réussi à rendre le fer utilisable pour des applications photochimiques, avec des propriétés aussi bonnes que celles des meilleurs métaux nobles. « Nous pensions que cela prendrait au moins dix ans », a déclaré Kenneth Wärnmark.
Outre les chercheurs de l’Université de Lund, des collègues de l’Université d’Uppsala et de l’Université de Copenhague ont également participé à cette recherche. Cette étude a été publiée dans la revue Science.
Source : Lund University