Les chercheurs obtiennent un rendement quantique élevé dans la division photocatalytique de l’eau

Dans la séparation photocatalytique de l’eau, un photocatalyseur, généralement un matériau semi-conducteur, est utilisé pour absorber l’énergie lumineuse et initier la réaction de séparation de l’eau. Lorsque la lumière est absorbée par le photocatalyseur, elle crée des paires électron-trou. Les électrons excités peuvent alors réduire l’eau, tandis que les trous peuvent l’oxyder.

Cependant, la division photocatalytique de l’eau présente plusieurs défis, notamment un faible rendement, une absorption limitée de la lumière visible et la photocorrosion du photocatalyseur. Ainsi, diverses stratégies telles que la formation d’hétérojonctions, la conception de nanostructures, l’utilisation de cocatalyseurs, la sensibilisation aux colorants, l’amélioration plasmonique de surface, le dopage et le contrôle des défauts sont explorées pour résoudre ces problèmes et briser le goulot d’étranglement d’efficacité.

Le dopage, en particulier, a suscité une attention considérable. Diverses études ont démontré son efficacité. Par exemple, l’équipe de Kudo a atteint un rendement quantique apparent (AQY) supérieur à 50 % grâce à la modification des oxydes métalliques. Le dopage à l’azote dans TiO2, tel que rapporté par Asahi, s’est avéré crucial pour le rétrécissement de la bande interdite et l’amélioration de l’activité photocatalytique.

Domen a introduit une solution solide d’oxyde d’azote de gallium et de zinc (Ga1–xZnx)(N1–xOx) pour la séparation de l’eau dans la lumière visible. Chen a étudié l’introduction de désordre dans les couches nanophasées de TiO2 via Hydrogénation pour améliorer l’absorption solaire. Takata a obtenu une séparation globale de l’eau en utilisant un photocatalyseur à base de titanate de strontium dopé à l’aluminium modifié (SrTiO3:Al) avec une efficacité quantique externe allant jusqu’à 96 %.

Récemment, l’équipe du professeur Wenfeng Shangguan de l’Université Jiao Tong de Shanghai, en Chine, a intégré ses recherches à d’autres études importantes pour fournir un examen complet de la structure des bandes d’énergie, de la microstructure, de la régulation des défauts et des stratégies de dopage influençant l’activité photocatalytique. Leur concentration sur le dopage des éléments de terres rares dans des oxydes composites à base de bismuth vise à améliorer la bande de conduction minimale et à obtenir une division globale de l’eau sous la lumière visible.

Leur technique innovante de dopage asymétrique, le dopage local à gradient sélectionné, permet une libération contrôlée d’ions dopés, promettant des contributions significatives à l’exploration de nouveaux matériaux et à l’amélioration de l’efficacité de conversion d’énergie dans la séparation photocatalytique de l’eau sous lumière visible. Les résultats ont été publiés dans Journal chinois de catalyse.