Les charpentes métallo-organiques (MOF) sont parmi les matériaux les plus utiles et les plus polyvalents aujourd'hui, démontrer une polyvalence structurelle, haute porosité, et des propriétés optiques et électroniques fascinantes. Ces caractéristiques en font des candidats prometteurs pour une variété d'applications, y compris la capture et la séparation des gaz, capteurs et photocatalyseurs.

Parce que les MOF sont si polyvalents à la fois dans leur conception structurelle et leur utilité, les scientifiques des matériaux les testent actuellement dans un certain nombre d'applications chimiques. L'un d'eux est la photocatalyse, un processus dans lequel un matériau photosensible est excité avec de la lumière. L'excès d'énergie absorbé disloque les électrons de leurs orbites atomiques, laissant derrière eux des "trous d'électrons". La génération de telles paires électron-trou est un processus crucial dans tout processus énergétique dépendant de la lumière, et dans ce cas, il permet au MOF d'affecter une variété de réactions chimiques.

Une équipe de scientifiques de l'EPFL Sion dirigée par Kyriakos Stylianou au Laboratoire de Simulation Moléculaire a maintenant développé un système basé sur le MOF qui ne peut en effectuer aucun, mais deux types de photocatalyse à la fois :la production d'hydrogène et le nettoyage des polluants hors de l'eau. Le matériel contient pas cher, phosphure de nickel abondant (Ni2P), et s'est avéré effectuer une photocatalyse efficace sous lumière visible.

Le premier type de photocatalyse, production d'hydrogène, implique une réaction appelée « fractionnement de l'eau ». Comme son nom l'indique, la réaction divise les molécules d'eau en leurs constituants hydrogène et oxygène. L'une des plus grandes applications ici est d'utiliser l'hydrogène pour les piles à combustible, qui sont des dispositifs d'alimentation en énergie utilisés dans une variété de technologies aujourd'hui, y compris les satellites et les navettes spatiales.

Le deuxième type de photocatalyse est appelé « dégradation des polluants organiques, " qui fait référence aux processus de décomposition des polluants présents dans l'eau. Les scientifiques ont étudié ce système photocatalytique innovant à base de MOF vers la dégradation du colorant toxique rhodamine B, couramment utilisé pour simuler les polluants organiques.

Les scientifiques ont effectué les deux tests en séquence, montrant que le système photocatalytique à base de MOF était capable d'intégrer la génération photocatalytique d'hydrogène avec la dégradation de la rhodamine B en un seul processus. Cela signifie qu'il est désormais possible d'utiliser ce système photocatalytique à la fois pour nettoyer les polluants hors de l'eau, tout en produisant simultanément de l'hydrogène qui peut être utilisé comme carburant.

"Ce système photocatalytique sans métal noble rapproche le domaine de la photocatalyse des applications pratiques "à énergie solaire" et met en valeur le grand potentiel des MOF dans ce domaine, " dit Kyriakos Stylianou.