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Piéger la lumière visible pour nettoyer l'eau

Des scientifiques financés par l'UE ont étudié de nouveaux matériaux pour améliorer la capacité photo-catalytique du dioxyde de titane (TiO2). Ils ont fabriqué des catalyseurs en couche mince qui dépolluent l'eau plus efficacement.
Piéger la lumière visible pour nettoyer l'eau
La photo-catalyse par la lumière solaire est l'une des méthodes pour obtenir une eau propre à partir d'effluents pollués. Cependant, l'absorption de la plupart des matériaux semi-conducteurs se trouve dans les ultraviolets. En outre, leur rendement à la lumière est faible.

Les scientifiques du projet NANOHAP ont cherché à dépasser ces limitations grâce à des matériaux en couche mince dotés d'une bande interdite dans le spectre visible et d'un transfert efficace des charges. Ils ont cherché à modifier la surface du TiO2 avec des métaux nobles ou de transition, pour améliorer le rendement à la lumière.

Les scientifiques ont utilisé un magnétron pour projeter le TiO2 et préparer les couches minces photo-catalytiques sur lesquelles ont été déposées des nanoparticules de métaux. Les nanoparticules d'argent, de cuivre et de platine ont été projetées par pulvérisation de flux gazeux. Afin d'optimiser la capacité photo-catalytique de chaque nanoparticule, les chercheurs ont étudié de près la nature du substrat vitreux, la durée de la pulvérisation et les paramètres du processus.

L'équipe a utilisé plusieurs techniques de microscopie et de spectroscopie pour étudier la morphologie des nanoparticules ainsi que pour quantifier les particules et l'état d'oxydation du métal. Elle a évalué l'activité photo-catalytique du TiO2 grâce à des tests de décomposition de molécules. En outre, elle a analysé les propriétés photo-induites en mesurant l'angle de contact avec l'eau sous irradiation UV.

Les chercheurs ont constaté que le type de verre servant de substrat au TiO2 avait un impact important sur l'activité photo-catalytique du matériau testé, le verre flotté assurant le rendement maximal. Ils ont recouvert les substrats en verre par une couche d'environ 500 nm de TiO2 semi-conducteur. Ils ont aussi constaté que par rapport aux autres métaux, le platine augmentait considérablement l'activité photo-catalytique du semi-conducteur.

Le projet NANOHAP a mis au point une nouvelle technique pour déposer par pulvérisation de flux gazeux des couches minces de TiO2 modifié. Elle devrait pouvoir produire de grandes surfaces de revêtements très photo-actifs, pour purifier les flux aqueux. Elle pourrait aussi servir à fabriquer des surfaces autonettoyantes.

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Mots-clés

Photo-catalytique, dioxyde de titane, eau propre, rendement à la lumière, couches minces