Le changement climatique bat son plein et se poursuivra sans relâche tant que le CO 2 les émissions continuent. Une solution possible est de renvoyer le CO 2 au cycle de l'énergie :CO 2 pourrait être transformé avec de l'eau en méthanol, un carburant qui peut être facilement transporté et stocké. Cependant, la réaction, qui rappelle un processus partiel de photosynthèse, nécessite de l'énergie et des catalyseurs. Développer des photocatalyseurs photo-actifs à partir d'abondants, des matériaux faciles à obtenir permettraient de vert, combustibles solaires climatiquement neutres.

Un candidat pour de tels photocatalyseurs est ce qu'on appelle les nanomatériaux de diamant - ceux-ci incluent des mousses de carbone nanostructurées avec une grande surface spécifique, et de minuscules nanocristaux de quelques milliers d'atomes de carbone qui sont solubles dans l'eau et ressemblent à une bouillie noire. Pour que ces matériaux deviennent catalytiquement actifs, cependant, ils nécessitent une excitation de lumière UV. Seule cette gamme spectrale de la lumière solaire est suffisamment riche en énergie pour transporter les électrons du matériau à l'état libre. Ce n'est qu'alors que des électrons solvatés peuvent être émis dans l'eau et réagir avec le CO dissous 2 pour former du méthanol.

Cependant, la composante UV dans le spectre solaire n'est pas très élevée. Des photocatalyseurs qui pourraient également utiliser le spectre visible de la lumière solaire seraient idéaux. C'est là qu'interviennent les travaux du scientifique du HZB Tristan Petit et de ses partenaires de coopération au sein du DIACAT :la modélisation des niveaux d'énergie dans de tels matériaux montre que des étapes intermédiaires peuvent être intégrées dans la bande interdite en se dopant avec des atomes étrangers. Bore, un élément trivalent, semble être particulièrement important.

Petit et son équipe ont donc étudié des échantillons de diamants polycristallins, mousses de diamant et nanodiamants. Ces échantillons avaient été préalablement synthétisés dans les groupes d'Anke Krüger à Würzburg et Christoph Nebel à Fribourg. Chez BESSY II. Les chercheurs ont utilisé la spectroscopie d'absorption des rayons X pour mesurer les états d'énergie inoccupés où les électrons pourraient éventuellement être excités par la lumière visible. "Les atomes de bore présents près de la surface de ces nanodiamants conduisent en fait aux étapes intermédiaires souhaitées dans la bande interdite, " explique la doctorante Sneha Choudhury, premier auteur de l'étude. Ces étages intermédiaires sont typiquement très proches des bandes de valence, et ne permettent donc pas l'utilisation efficace de la lumière visible. Cependant, les mesures montrent que cela dépend aussi de la structure des nanomatériaux.

"Nous pouvons introduire et éventuellement contrôler de telles étapes supplémentaires dans la bande interdite du diamant en modifiant spécifiquement la morphologie et le dopage, », précise Tristan Petit. Le dopage au phosphore ou à l'azote pourrait aussi offrir de nouvelles opportunités.