Photocatalyseur de séparation d'eau à base de structure organique métallique (MOF), développé chez KAUST, a permis aux chercheurs de faire un pas de plus vers la production d'hydrogène propre en utilisant la lumière du soleil.

« Utiliser l'énergie solaire pour fabriquer efficacement des carburants verts est l'objectif ultime de nombreux chercheurs en catalyse, " dit Jorge Gascon, directeur du Centre de Catalyse KAUST, qui a dirigé la recherche. Cependant, il reste difficile de trouver efficace, longue durée de vie, photocatalyseurs à fractionnement d'eau à faible coût.

Dans l'équipe de Gascon, l'objectif est d'utiliser les MOF pour trouver des matériaux photocatalytiques durables pour la séparation de l'eau. "Nous travaillons avec des MOF parce qu'ils sont comme un jouet de construction LEGO - vous avez différentes pièces avec lesquelles vous pouvez jouer et varier pour obtenir les propriétés souhaitées, " dit Nikita Kolobov, un membre de l'équipe de Gascon.

Les MOF sont constitués d'ions métalliques reliés par des lieurs organiques à base de carbone dans un réseau bidimensionnel ou tridimensionnel très régulier et répétitif. En faisant varier le métal et le composant organique, une famille diversifiée de matériaux peut être réalisée. « Cette modularité fait des MOF une excellente plateforme pour développer une compréhension fondamentale des processus photocatalytiques, " dit Gascon. " Nous pouvons évaluer de nouveaux concepts en photocatalyse qui peuvent être difficiles ou impossibles à développer et à évaluer en utilisant d'autres classes de matériaux. "

Pour leur dernier travail, Gascon, Kolobov, Amandine Cadiau et leurs collègues ont créé un MOF qui utilisait des ions métalliques de titane avec H 4 TABAy, un lieur organique connu pour absorber l'énergie d'un large spectre de lumière solaire. En combinant H 4 TBApy avec du titane, l'équipe visait à créer un matériau qui pourrait utiliser efficacement cette énergie.

Le titane dans le MOF activé par la lumière avait les niveaux d'énergie idéaux pour la partie production d'hydrogène de la séparation photocatalytique de l'eau, l'équipe a montré. "La partie organique du MOF agissait comme une antenne qui collectait la lumière et transmettait cette énergie au nœud métallique, qui l'a activé pour effectuer des transformations catalytiques, " dit Kolobov.

"Bien que l'activité de réaction d'évolution d'hydrogène du nouveau MOF soit modeste par rapport à certains semi-conducteurs inorganiques, ses performances sont déjà parmi les meilleurs matériaux MOF à base de titane, " dit Kolobov. " Les MOF en sont encore à leurs balbutiements en ce qui concerne les applications photocatalytiques, " ajoute-t-il. " Nous pensons que l'approche modulaire de leur construction offre des possibilités illimitées d'amélioration des performances, et nous faisons les premiers pas dans cette direction."

« Chaque étape pour mieux comprendre le fonctionnement des catalyseurs sous un éclairage lumineux est importante, " dit Gascon. " Notre objectif principal en ce moment est de proposer de nouvelles structures MOF capables d'effectuer efficacement la séparation globale de l'eau. "