Les photocatalyseurs absorbent l'énergie de la lumière pour provoquer une réaction chimique. Le photocatalyseur le plus connu est peut-être la chlorophylle, le pigment vert des plantes qui aide à transformer la lumière du soleil en glucides. Alors que les glucides peuvent tomber en disgrâce, la photocatalyse retient plus que jamais l'attention. Dans un processus photocatalytique, la lumière tombe sur un photocatalyseur, augmente l'énergie de ses électrons et les amène à rompre leurs liaisons et à se déplacer librement à travers le catalyseur. Ces électrons "excités" réagissent ensuite avec les matières premières d'une réaction chimique pour produire les produits souhaités. Une priorité absolue dans le domaine de la recherche sur les énergies alternatives consiste à utiliser des photocatalyseurs pour convertir l'énergie solaire en carburant, un processus appelé « production solaire en carburant ».

Dans un article publié dans Revues de chimie de coordination , Dr Changlei Xia de l'Université forestière de Nanjing, Chine; Dr Kent Kirlikovali de l'Université Northwestern, NOUS.; Dr Thi Hong Chuong Nguyen, Dr Xuan Cuong Nguyen, Dr Quoc Ba Tran, et le Dr Chinh Chien Nguyen de l'Université Duy Tan, Viêt Nam ; Dr Minh Khoa Duong et Dr Minh Tuan Nguyen Dinh de l'Université de Da Nang, Viêt Nam ; Dr Dang Le Tri Nguyen de l'Université Ton Duc Thang, Viêt Nam ; Dr Pardeep Singh et Dr Pankaj Raizada de l'Université Shoolini, Inde; Dr Van-Huy Nguyen de l'Université Binh Duong, Viêt Nam ; Dr Soo Young Kim et Dr Quyet Van Le de l'Université de Corée, Corée du Sud; Dr Laxman Singh de l'Université de Patliputra, Inde; et le Dr Mohammadreza Shokouhimer de l'Université nationale de Séoul, Corée du Sud, ont mis en évidence le potentiel des cadres organiques covalents (COF), une nouvelle classe de matériaux absorbant la lumière, dans la production solaire-carburant.

Comme l'explique le Dr Pardeep Singh, « L'énergie solaire a été exploitée avec succès pour produire de l'électricité, mais nous ne sommes pas encore en mesure d'en fabriquer efficacement des combustibles liquides. Ces combustibles solaires, comme l'hydrogène, pourrait être une offre abondante de produits durables, stockable, et de l'énergie portable."

La spécialité des COF réside dans leur capacité à améliorer la catalyse et à ajouter à leur structure des molécules substituantes spéciales appelées "groupes fonctionnels", permettant de contourner les limitations des photocatalyseurs existants. Cela est dû à certaines propriétés favorables des COF telles que la stabilité chimique, porosité contrôlable, et une forte délocalisation électronique, ce qui les rend très stables.

Comme son nom l'indique, Les COF sont constitués de molécules organiques qui sont liées entre elles dans une structure qui peut être adaptée pour s'adapter à diverses applications. De plus, une forte délocalisation électronique signifie que, contrairement aux photocatalyseurs semi-conducteurs, les électrons excités ne se recombinent que rarement à mi-chemin, résultant en plus d'électrons excités pour la réaction chimique. Étant donné que ces réactions se produisent à la surface du photocatalyseur, la surface accrue et la porosité modifiable des COF sont un énorme avantage. Les photocatalyseurs COF trouvent une application dans la conversion de l'eau en hydrogène, et la production de méthane à partir de dioxyde de carbone, promettant ainsi le double avantage de produire du carburant et d'atténuer le réchauffement climatique. Par ailleurs, ils peuvent même aider à la fixation de l'azote, fabrication de matières plastiques, et le stockage des gaz.

Un nouveau type de COF, cadres de triazine covalents (CTF), sont actuellement à la pointe de la recherche sur la production d'hydrogène. Les FFC ont 20 à 50 fois la capacité de produire de l'hydrogène, par rapport aux photocatalyseurs graphitiques, ce qui en fait une option très prometteuse pour la production future de carburant.

Cependant, avant de mettre la charrette solaire avant les bœufs, il est important de noter que les photocatalyseurs à base de COF sont à un stade précoce de développement et ne produisent toujours pas de carburant aussi efficacement que leurs homologues à base de semi-conducteurs. Néanmoins, leurs propriétés exceptionnelles et leur diversité structurelle en font des candidats prometteurs pour les futures recherches solaires en combustible et une solution viable à la crise énergétique actuelle. « Le problème le plus essentiel est d'explorer des catalyseurs robustes dérivés des COF pour les applications souhaitées. On peut s'attendre à ce que les photocatalyseurs à base de COF franchissent une nouvelle étape dans les années à venir, " conclut un Dr Pankaj Raizada optimiste.

En effet, un avenir basé sur l'énergie propre ne semble pas si loin.