Un fractionnement plus facile de l'eau
Le schéma en Z est un processus employé par la photosynthèse des plantes afin d'exploiter la lumière pour fractionner l'eau en hydrogène et en oxygène. Le schéma en Z est constitué de deux photosystèmes, en abrégé PSI et PSII. Les électrons capturés dans l'eau dans le cadre du PSII sont transférés vers la plus haute orbitale moléculaire occupée du PSI. Alors que les électrons photogénérés par le PSI participent à la réduction des protons pour produire de l'hydrogène, les trous créés dans le cadre du PSII oxydent les molécules d'eau, produisant ainsi de l'oxygène. Financée par l'UE, l'initiative HETMAT (Heterostructure nanomaterials for water splitting) avait pour objectif de synthétiser des nanomatériaux pour le fractionnement de l'eau via un procédé amélioré et rationnel. Les chercheurs ont conçu un système reproduisant le processus efficace de fractionnement de l'eau par la photosynthèse dans les plantes vertes. HETMAT a imité ce schéma en Z dans le but de générer de l'hydrogène de façon beaucoup plus efficace. Les chercheurs ont apporté plusieurs modifications au schéma en Z traditionnel afin de pouvoir réaliser ces nouveaux nanomatériaux. Pour se conformer à d'importantes exigences techniques, HETMAT a mis au point une interface entre deux nanomatériaux différents puis a synthétisé un matériau unique. Les chercheurs ont ensuite modifié le schéma en Z en déposant de façon sélective des nanoparticules de métal sur des phases semi-conductrices. HETMAT a exploré divers matériaux semi-conducteurs et utilisé certains d'entre eux sous la forme de films fins nanostructurés, alors que d'autres l'ont été sous la forme de nanoparticules. Les chercheurs ont étudié des matériaux tels que l'oxyde de zinc (ZnO), le ZnO décoré d'argent, le trioxyde de tungstène, l'oxyde de cuivre (CuO) et d'autres encore. Un aspect essentiel de l'étude est que les chercheurs ont adopté une approche unique pour la fabrication de films fins d'halogénure de cuivre et leur conversion en films fins de CuO. Pour la première fois, HETMAT a fait la démonstration de l'électrodéposition de films fins de chlorure de cuivre et complété les lacunes de la littérature dans ce domaine. Allant au-delà de l'exploration d'une photocatalyse efficace exploitant des semi-conducteurs connus, les chercheurs ont découvert un nouveau semi-conducteur basé sur le vanadate de tellurure de plomb. Ils ont développé ce matériau qui peut être utilisé pour de nombreuses applications, y compris le dopage cationique ou anionique. La faible température de synthèse peut constituer un avantage pour les applications industrielles exigeant des traitements à faible température. Ces résultats amélioreront les activités photocatalytiques des nanomatériaux pour l'ensemble du fractionnement de l'eau, leur permettant d'atteindre un rendement quantique supérieur à 6,3 % à 420 nm. Ce travail sera commercialisé sous la forme de systèmes à motifs structurés combinés à des voies synthétiques en chimie par voie humide afin de faciliter la préparation des nanomatériaux.
Mots‑clés
Fractionnement de l'eau, nanomatériaux, schéma en Z, HETMAT, matériaux semi-conducteurs, films fins nanostructurés
