Un nouveau catalyseur pourrait avoir des avantages environnementaux considérables s'il peut atteindre son potentiel, suggère une recherche de Singapour. Les chercheurs d'A*STAR ont produit un catalyseur avec des antennes à nanoparticules d'or qui peuvent améliorer la qualité de l'eau à la lumière du jour et également générer de l'hydrogène comme source d'énergie verte.

Cette technologie de purification de l'eau a été développée par He-Kuan Luo, Andy Hor et ses collègues de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR (IMRE). « Toute technologie innovante et bénigne qui peut éliminer ou détruire les polluants organiques de l'eau dans des conditions ambiantes est la bienvenue, " explique Hor, qui est directeur exécutif de l'IMRE et également affilié à l'Université nationale de Singapour.

Les matériaux photocatalytiques exploitent la lumière du soleil pour créer des charges électriques, qui fournissent l'énergie nécessaire pour entraîner des réactions chimiques dans les molécules fixées à la surface du catalyseur. En plus de décomposer les molécules nocives dans l'eau, les photocatalyseurs sont utilisés pour diviser l'eau en ses composants d'oxygène et d'hydrogène; l'hydrogène peut alors être utilisé comme source d'énergie verte.

Hor et son équipe ont entrepris d'améliorer un catalyseur existant. Les composés à base d'oxygène tels que le titanate de strontium (SrTiO3) semblent prometteurs, car ce sont des matériaux robustes et stables et conviennent à une utilisation dans l'eau. L'une des innovations de l'équipe a été d'augmenter son activité catalytique en ajoutant de petites quantités de lanthane métallique, qui fournit des charges électriques supplémentaires utilisables.

Les catalyseurs doivent également capter une quantité suffisante de lumière solaire pour catalyser les réactions chimiques. Donc, pour permettre au photocatalyseur de récolter plus de lumière, les scientifiques ont attaché des nanoparticules d'or aux microsphères de SrTiO3 dopées au lanthane (voir image). Ces nanoparticules d'or sont enrichies en électrons et agissent donc comme des antennes, concentrer la lumière pour accélérer la réaction catalytique.

La structure poreuse des microsphères se traduit par une grande surface, car il fournit plus d'espace de liaison pour que les molécules organiques s'y arriment. Un seul gramme de matériau a une surface d'environ 100 mètres carrés. « La grande surface spécifique joue un rôle essentiel dans l'obtention d'une bonne activité photocatalytique, " commente Luo.

Pour démontrer l'efficacité de ces catalyseurs, les chercheurs ont étudié comment ils décomposaient le colorant rhodamine B dans l'eau. Dans les quatre heures suivant l'exposition à la lumière visible, 92 % du colorant avait disparu, ce qui est beaucoup plus rapide que les catalyseurs conventionnels dépourvus de nanoparticules d'or.

Ces microparticules peuvent également être utilisées pour le fractionnement de l'eau, dit Luo. L'équipe a montré que les microparticules avec des nanoparticules d'or avaient de meilleurs résultats dans les expériences de division de l'eau que celles sans, soulignant davantage la polyvalence et l'efficacité de ces microsphères.