Un nouveau matériau composite a été développé par des scientifiques de l'Energy Safety Research Institute (ESRI) de l'Université de Swansea, qui s'avère prometteur en tant que catalyseur de la dégradation des colorants synthétiques polluants nocifs pour l'environnement. qui sont libérés à un rythme de près de 300, 000 tonnes par an dans l'eau du monde.

Ce roman, le matériau photocatalytique non dangereux élimine efficacement les polluants colorants de l'eau, adsorbant plus de 90 % du colorant et multipliant par près de dix le taux de dégradation du colorant en utilisant la lumière visible.

Les chercheurs, dirigé par le Dr Charles W. Dunnill et le Dr Daniel Jones à l'Energy Safety Research Institute de l'Université de Swansea, ont rapporté leur découverte dans la revue Nature en libre accès Rapports scientifiques .

En chauffant le mélange réactionnel à haute pression à l'intérieur d'un récipient scellé, le composite est synthétisé en faisant croître des « nanofils » ultrafins d'oxyde de tungstène à la surface de minuscules particules de nitrure de tantale. En raison de la taille incroyablement petite des deux composants du matériau - le nitrure de tantale et l'oxyde de tungstène ont généralement un diamètre inférieur à 40 milliardièmes de mètre - le composite offre une énorme surface pour la capture de colorant.

Le matériau procède ensuite à la décomposition du colorant en plus petits, des molécules inoffensives utilisant l'énergie fournie par la lumière du soleil, dans un processus connu sous le nom de "dégradation photocatalytique". Après avoir enlevé les colorants nocifs, le catalyseur peut simplement être filtré de l'eau nettoyée et réutilisé.

Alors que la dégradation photocatalytique des colorants est étudiée depuis plusieurs décennies, ce n'est que relativement récemment que les chercheurs ont développé des matériaux capables d'absorber la partie visible du spectre solaire - d'autres matériaux, comme le dioxyde de titane, sont également capables de décomposer les colorants à l'aide de l'énergie solaire, mais leur efficacité est limitée car ils n'absorbent qu'une énergie plus élevée, lumière ultraviolette. En utilisant une gamme beaucoup plus large du spectre, des matériaux tels que ceux utilisés par l'équipe ESRI de l'équipe de l'Université de Swansea sont capables d'éliminer les polluants à un taux bien supérieur.

Les deux matériaux utilisés dans l'étude ont suscité un intérêt considérable ces dernières années. Oxyde de tungstène, en particulier, est considéré comme l'un des matériaux les plus prometteurs pour une gamme d'applications photocatalytiques, grâce à sa conductivité électrique élevée, stabilité chimique et activité de surface, en plus de sa forte absorption lumineuse. En tant que semi-conducteur à faible bande interdite, le nitrure de tantale est de couleur rouge en raison de sa capacité à absorber presque tout le spectre de la lumière visible, et extrait donc une grande quantité d'énergie de la lumière du soleil pour alimenter les processus de dégradation.

Cependant, le véritable potentiel des deux matériaux n'a été réalisé qu'une fois qu'ils ont été combinés en un seul composite. En raison de l'échange d'électrons entre les deux matériaux, le colorant d'essai utilisé dans l'étude a été décomposé par le composite à environ le double du taux atteint par le nitrure de tantale seul, tandis que l'oxyde de tungstène seul s'est avéré incapable de dégrader le colorant. Contrairement à d'autres matériaux photocatalytiques de premier plan, dont beaucoup sont toxiques pour les humains et la vie aquatique, les deux parties du composite sont classées comme matériaux non dangereux.

Les scientifiques responsables de l'étude pensent que leurs recherches ne donnent qu'un avant-goût du potentiel du matériau. « Maintenant que nous avons démontré les capacités de notre composite, nous visons non seulement à améliorer davantage le matériel, mais aussi pour commencer à travailler sur l'extension de la synthèse pour une application dans le monde réel. » a déclaré le Dr Jones. « Nous explorons également sa viabilité dans d'autres domaines, comme le fractionnement photocatalysé de l'eau pour générer de l'hydrogène."