Une nouvelle classe de photocatalyseurs plus efficaces sous lumière solaire

Par Gaëlle Degrez / Publié le 8 juin 2015

La photocatalyse est une technologie prometteuse avec de nombreuses applications en perspective notamment en matière de dépollution. Mais les matériaux photocatalytiques actuels présentent des performances encore limitées, en raison notamment de leur activité restreinte à une toute petite partie du spectre solaire (les UV). Une équipe du Laboratoire de chimie-physique (LCP – UPSud/CNRS) vient de faire une avancée dans ce domaine en mettant au point des nanomatériaux actifs dans le domaine visible. Ces résultats ont été publiés dans le journal Nature Materials.


Les chercheurs du LCP ont mis au points de nouveaux nanomatériaux qui montrent une activité photocatalytique élevée sous illumination UV et visible en dégradant totalement des polluants organiques pour les transformer en CO2 et H2O.

La Photocatalyse est un phénomène naturel dans lequel une substance, le photocatalyseur, initie une réaction chimique grâce à l’action de la lumière, sans se dégrader lui‐même. Les photocatalyseurs utilisent l’énergie lumineuse, l’eau et l’oxygène de l’air pour créer des molécules très réactives, capables de décomposer par oxydo‐réduction des substances organiques et inorganiques, notamment des polluants. Le dioxyde de titane est le photocatalyseur le plus utilisé car il est peu cher et très stable et c’est actuellement le plus performant. Néanmoins, il n’est actif que sous irradiation dans l’UV qui ne constitue qu’environ 4% du spectre solaire. Ainsi, le développement de photocatalyseurs stables et actifs sous irradiation dans le reste du spectre et notamment dans le  domaine visible reste un défi important que vient de relever une équipe du Laboratoire de chimie-physique (LCP – UPSud/CNRS)*.

Des nanofils de polymères semi-conducteurs activés par la lumière visible

Des nanoréacteurs tels que des mésophases (réseaux constitués d’auto-assemblage de surfactants organisés en 3D) peuvent être utilisés pour la synthèse de nanostructures de polymères semi-conducteurs. Des mésophases hexagonales gonflées ont été utilisées comme moules pour synthétiser des nanostructures de polymères semi-conducteurs. Des nanofils d’un polymère conjugué, le poly(diphénylbutadyine) (PDPB), ont ainsi été synthétisés par photopolymérisation. Ces nanofils montrent une activité photocatalytique élevée sous illumination UV et visible en dégradant totalement des polluants organiques pour les transformer en CO2 et H2O. L’activité photocatalytique des nanofils de PDPB est supérieure à celle d’un photocatalyseur plasmonique (dioxyde de titane modifié en surface par des nanoparticules d’argent). Les chercheurs ont également montré que le polymère PDPB sous forme de microbilles présentait une très faible activité photocatalytique, d’où l’importance de la nanostructuration pour les propriétés photocatalytiques.

Ces nanomatériaux organiques semi-conducteurs, très stables même après plusieurs cycles photocatalytiques, constituent une nouvelle classe de photocatalyseurs qui pourraient avoir des applications pour des surfaces autonettoyantes, la génération d’hydrogène et dans les domaines du photovoltaïque et des cellules solaires.

(*) En collaboration avec des chercheurs du Laboratoire Charles Coulomb (CNRS/Université de Montpellier), du Laboratoire de Physicochimie des Polymères et Interfaces (Université de Cergy-Pontoise), et du Laboratoire de Réactivité de Surface (CNRS / UPMC).

Référence
Srabanti Ghosh, Natalie A. Kouamé, Laurence Ramos, Samy Remita, Alexandre Dazzi, Ariane Deniset-Besseau, Patricia Beaunier, Fabrice Goubard, Pierre-Henri Aubert, Hynd Remita
Conducting Polymer Nanostructures for Photocatalysis under Visible-Light
Nature Materials (2015) 14, 505 – 511.  doi:10.1038/nmat4220

 

Contact : Hynd Remita - Laboratoire de Chimie Physique (LCP – UPSud/CNRS) - hynd.remita@u-psud.fr (hynd.remita @ u-psud.fr)

Dernière modification le 9 juin 2015