Au cours de la dernière décennie, la recherche s'est intensifiée pour développer des photocatalyseurs artificiels qui fonctionnent sous la lumière visible, une cible importante pour les systèmes d'énergie renouvelable. Des scientifiques japonais ont maintenant montré qu'un oxyfluorure est capable de photocatalyse à la lumière visible. Cette découverte ouvre de nouvelles portes pour la conception de matériaux pour la photosynthèse artificielle et la recherche sur l'énergie solaire.

Kazuhiko Maeda de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), Kengo Oka de l'Université Chuo et ses collaborateurs au Japon ont réussi à démontrer que Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 fonctionne comme un photocatalyseur stable pour le fractionnement de l'eau dû à la lumière visible et la réduction du dioxyde de carbone à l'aide de modifications de surface appropriées.

Le nouveau matériau a une bande interdite inhabituellement petite d'environ 2,4 électrons-volts (eV), ce qui signifie qu'il peut absorber la lumière visible avec une longueur d'onde d'environ 500 nanomètres (nm). En général, les bandes interdites supérieures à 3 eV sont associées à une utilisation inefficace de la lumière solaire, tandis que ceux inférieurs à 3 eV sont souhaitables pour une conversion efficace de l'énergie solaire.

En outre, l'oxyfluorure appartient à un groupe de composés jusqu'alors largement méconnus en raison de la plus forte électronégativité du fluor, une propriété qui les a essentiellement exclus en tant que candidats pour les photocatalyseurs à lumière visible.

Le nouvel oxyfluorure est « un cas exceptionnel, " disent les chercheurs dans leur étude, qui est publié dans le Journal de l'American Chemical Society .

Sur la base de considérations structurelles et de calculs théoriques, ils concluent que « l'origine de la réponse de la lumière visible dans Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 réside dans les caractéristiques uniques propres à la structure de type pyrochlore. c'est la forte interaction entre certaines orbitales (Pb-6s et O-2p) permise par une courte liaison Pb-O dans la structure pyrochlore qui donnerait naissance à la capacité du matériau à absorber la lumière visible.

Une limitation est que le rendement du nouveau photocatalyseur reste actuellement faible, à un chiffre d'environ 0,01 pour cent à 365 nm pour le dégagement d'hydrogène. L'équipe de recherche étudie donc comment augmenter le rendement en modifiant le Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 par le raffinement des méthodes de synthèse et de modification de surface.