Le soleil et l’eau étant les ressources les plus abondantes de notre planète, il importe de savoir comment les exploiter au mieux dans la transition énergétique actuelle. Une stratégie consiste à stocker l’énergie provenant du soleil sous forme chimique pour produire H2 et O2 et la convertir ensuite en énergie électrique via la pile à combustible. Cela nécessite la maîtrise des réactions de photocatalyse/électrolyse afin de mettre à profit les propriétés de jonctions semi-conductrices – liquides pour dissocier l’eau en H2 et O2. Les lois physiques de la photocatalyse ou de la photoélectrocatalyse sont bien connues, mais nous tardons à réaliser des photoélectrolyseurs performants. Il s’agit là encore principalement d’un problème de matériaux : quelles photoanodes, quelles photocathodes ? Comment ajuster leurs band gaps ? Quels catalyseurs, quels électrocatalyseurs ? Voilà autant de questions qui restent posées.
Un jeu de composition chimique tout autant que d’élaboration (taille-morphologie-microstructure) au niveau du matériau a permis d’augmenter le photocourant alors que le choix avisé de catalyseurs a permis de réduire la surtension. Actuellement, le matériau le plus efficace pour la photoélectrolyse (~ 6 %) est un Fe203 nano-texturé contenant IrO2 comme catalyseur. Pour franchir cette barrière, les travaux actuels portent sur la confection d’électrocatalyseurs obtenus soit par chimie de surface-greffage, soit par électrodéposition in situ ; le plus prometteur étant à ce jour Co-Pi, un matériau obtenu par électrodéposition à partir d’un bain électrolytique Co(NO3)2 et K3PO4. Les avancées réalisées au niveau des dispositifs sont aussi importantes avec notamment le développement de cellules tandem et hybrides tirant avantage de la nanostructuration et mimant le « schéma en Z » de la photosynthèse. Le rêve est de fabriquer une feuille artificielle de conception simple à partir de matériaux abondants et avec un minimum d’ingénierie (D. Nocera, MIT). En effet, le soleil étant une source illimitée d’énergie, peu importe le rendement, le seul véritable challenge demeure la réalisation d’électrolyseurs sans fil à grande échelle, fiables et à faible coût. La route reste encore longue.
