2 ) et du monoxyde de carbone (CO) pur sans sous-produits dans l'eau. Cette méthode de photosynthèse artificielle pourrait apporter de nouvelles solutions à la pollution de l'environnement et au réchauffement climatique.
Tandis que, dans les plantes vertes, la photosynthèse fixe le CO 2 en sucres, la photosynthèse artificielle rapportée dans cette étude peut convertir le CO 2 en oxygène et CO pur en sortie. Ce dernier peut alors être employé pour une large gamme d'applications en électronique, semi-conducteur, pharmaceutique, et industries chimiques.
La clé est de trouver le bon photocatalyseur haute performance pour aider à la photosynthèse en absorbant la lumière, convertir CO 2 , et assurer un flux efficace d'électrons, ce qui est essentiel pour l'ensemble du système.
Oxyde de titane (TiO 2 ) est un photocatalyseur bien connu. Il a déjà attiré beaucoup d'attention dans les domaines de la conversion de l'énergie solaire et de la protection de l'environnement en raison de sa grande réactivité, faible toxicité, stabilité chimique, et à faible coût.
Alors que le TiO conventionnel 2 ne peut absorber que la lumière UV, l'équipe de recherche de l'IBS a signalé précédemment deux types différents de TiO de couleur bleue 2 (ou "blue titania") des nanoparticules qui pourraient absorber la lumière visible grâce à une bande interdite réduite d'environ 2,7 eV.
Ils étaient constitués de TiO anatase ordonné/rutile désordonné (Ao/Rd) 2 (appelé, TiO bleu de HYL 2 -I) ("Un système de jonction ordre/désordre/eau pour une génération d'hydrogène photocatalytique sans cocatalyseur hautement efficace"), et anatase désordonnée/rutile ordonné (Ao/Rd) TiO 2 (appelé, TiO bleu de HYL 2 -II) ("Visible-Light-Driven, CO sans métal 2 Réduction"), où anatase et rutile désignent deux formes cristallines de TiO 2 et l'introduction d'irrégularités (désordre) dans le cristal améliore l'absorption de la lumière visible et infrarouge.
Figure 2. Production efficace et sélective de CO avec différentes nanoparticules. (a) Le graphique montre que le TiO hybride 2 /WO 3 -Les nanoparticules d'Ag (7BT/W1-A1) sont les meilleures pour produire sélectivement du CO pur, sans H 2 et CH 4 produits secondaires dans un délai de sept heures. Ceux-ci peuvent être comparés à des nanoparticules de TiO bleu 2 , WO 3 , hybride TiO 2 /WO 3 (7BT/W1) et hybride TiO 2 /Ag (W1-A1). (b) Production de CO à l'aide de différentes nanoparticules hybrides constituées de TiO2/WO3-Ag (lignes rouges), TiO 2 /WO 3 (lignes vertes) et TiO 2 -seulement des nanoparticules (lignes bleues) dans les neuf heures. 7BT/W1-A1 avec une concentration de 1% d'argent a les meilleures performances. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Pour la photosynthèse artificielle efficace pour la conversion du CO 2 en oxygène et CO pur, Les chercheurs d'IBS ont cherché à améliorer les performances de ces nanoparticules en combinant le TiO bleu (Ao/Rd) 2 avec d'autres semi-conducteurs et métaux qui peuvent améliorer l'oxydation de l'eau en oxygène, en parallèle au CO 2 réduction en CO uniquement.
L'équipe de recherche a obtenu les meilleurs résultats avec des nanoparticules hybrides d'oxyde de titane bleu, trioxyde de tungstène (WO 3 ), et 1% d'argent (TiO 2 /WO 3 –Ag).
WO 3 a été choisi en raison de la position de la bande de faible valence avec sa bande interdite étroite de 2,6 eV, haute stabilité, et à faible coût. L'argent a été ajouté car il améliore l'absorption de la lumière visible, en créant une oscillation collective d'électrons libres excités par la lumière, et donne également une sélectivité élevée en CO.
Les nanoparticules hybrides ont montré des performances environ 200 fois supérieures à celles des nanoparticules en TiO 2 seul et TiO 2 /WO 3 sans argent.
À partir de l'eau et du CO 2 , ce nouveau catalyseur hybride produit de l'O2 et du CO pur, sans aucun produit d'accompagnement, tels que l'hydrogène gazeux (H2) et le métane (CH4). Le rendement quantique apparent qui est le rapport de plusieurs électrons ayant réagi au nombre de photons incidents était de 34,8%, et le taux d'électrons ayant réagi 2333,44 µmol g-1h-1. La même mesure était plus faible pour les nanoparticules sans argent (2053,2 µmol g-1h-1), et pour les nanoparticules avec uniquement du TiO bleu 2 (912,4 µmol g-1h-1).
