Le processus de fractionnement photocatalytique de l'eau est intéressant pour les scientifiques en tant que solution aux problèmes énergétiques et environnementaux. Dans ce processus, l'eau est divisée en oxygène et en hydrogène à l'aide d'énergie lumineuse et d'un catalyseur. Alors que le problème du réchauffement climatique s'est accru, les chercheurs se sont tournés vers l'hydrogène, un carburant à combustion propre, comme solution d'énergie renouvelable. L'eau étant une ressource peu coûteuse, des efforts considérables ont été consacrés à ce domaine de recherche prometteur au cours des dernières décennies. Mais les scientifiques n'ont pu découvrir que quelques photocatalyseurs à la fois très efficaces et d'une excellente stabilité. Ainsi, la technologie photocatalytique de fractionnement de l'eau a encore un long chemin à parcourir jusqu'à ce qu'une application pratique soit possible.

Une équipe de recherche de l'Université Xi'an Jiaotong en Chine a obtenu des résultats prometteurs en utilisant un composé inorganique appelé vanadate de bismuth (BiVO₄ ) cristaux comme photocatalyseur pour obtenir une séparation photocatalytique efficace de l'eau. Leur travail montre la relation étroite entre les propriétés de surface du BiVO₄ et l'activité photocatalytique obtenue. Les résultats de l'équipe sont publiés dans la revue Nano Research .

Pour que le processus de séparation de l'eau soit efficace, la séparation de la paire électron-trou et leur consommation par des réactions d'oxydation ou de réduction de l'eau se produisant en surface est essentielle. L'électron-trou est un porteur de charge responsable de la création de courant électrique dans les matériaux semi-conducteurs. Le porteur de charge fait référence à une particule qui se déplace librement dans un matériau et porte une charge électrique.

Ces dernières années, les scientifiques ont obtenu d'excellentes performances en exposant des facettes spécifiques en tant que sites de réaction enrichis sur les photocatalyseurs. Les chercheurs ont découvert que le dioxyde de titane et le titanate de strontium, avec leurs facettes exposées, offrent d'excellentes performances. Cette connaissance a donné aux scientifiques des indices sur la possibilité d'obtenir un processus photocatalytique efficace en ajustant la surface d'un photocatalyseur avec différentes fonctions.

Dans des recherches plus poussées, les scientifiques ont rapporté que BiVO₄ les nanofeuilles à facettes exposées ont montré d'excellentes performances pour l'oxydation de l'eau. Les recherches suggèrent que si le BiVO₄ les facettes ont été agrandies, une activité photocatalytique supérieure pour l'oxydation de l'eau a pu être obtenue.

L'équipe de recherche de l'université Xi'an Jiaotong a concentré son attention sur BiVO₄ comme photocatalyseur modèle. Ils ont étudié le rôle crucial de la consommation de porteurs de charge en surface sur les réactions de séparation de l'eau. L'équipe a fabriqué BiVO₄ monocristaux avec un rapport de facettes adapté pour les sites réducteurs et les sites oxydatifs. Ils ont utilisé une méthode hydrothermale contrôlée simple pour synthétiser le BiVO₄ cristal. Grâce à ce processus, ils ont démontré qu'une oxydation photocatalytique efficace de l'eau pouvait être obtenue grâce à une consommation de porteurs de charge de surface équilibrée basée sur un rapport moyen des sites réducteurs et des sites oxydants.

Utiliser BiVO₄ seul comme photocatalyseur typique pour l'oxydation de l'eau ne permet pas d'obtenir une séparation globale de l'eau. Les chercheurs ont donc poursuivi leur étude en construisant un système en Z, où deux photocatalyseurs différents sont combinés. Utilisation du BiVO₄ avec des cocatalyseurs appropriés, l'équipe a obtenu une séparation globale de l'eau photocatalytique efficace et stable.

"Une oxydation photocatalytique supérieure de l'eau est obtenue à partir de BiVO₄ décaèdres avec un rapport moyen entre les sites réducteurs et oxydatifs, qui est attribué à la consommation de porteurs de charge superficielle équilibrée telle qu'elle est atteinte », a déclaré Shaohua Shen, professeur au Centre international de recherche sur les énergies renouvelables de l'Université Xi'an Jiaotong. De plus, une séparation globale de l'eau photocatalytique efficace et stable est obtenue en adoptant le BiVO₄ tel que synthétisé décaèdres avec une modification de cocatalyseur appropriée », a déclaré Shen.

"Pour l'avenir, ce travail fournit à la fois des conseils sur la fabrication de nano/micro-matériaux avec une morphologie superficielle contrôlable et des enquêtes perspicaces sur la réaction redox photocatalytique correspondante", a déclaré Shen. + Explorer plus loin

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