Une nouvelle méthode de fabrication du matériau utilisé pour le nettoyage des eaux usées rend le processus de production plus écologique - et 20 fois plus rapide. Dans une étude publiée dans Matériaux appliqués aujourd'hui , les chercheurs montrent comment l'utilisation des micro-ondes peut réduire la température et la pression nécessaires pour fabriquer des photocatalyseurs.

Alimenté par la lumière du soleil, des matériaux comme le dioxyde de titane (TiO2) et le vanadate de bismuth (BiVO4) sont utilisés pour nettoyer les eaux usées, décomposer les colorants et même tuer les bactéries dans les bandages transparents. Bien qu'il soit considéré comme « vert », les procédés traditionnellement utilisés pour fabriquer ces matériaux sont énergivores.

Maintenant, chercheurs de l'Université de Chiang Mai et du Centre national de nanotechnologie en Thaïlande, et l'Université de Wollongong en Australie, ont mis au point une méthode en une étape utilisant des micro-ondes pour fabriquer des nanoparticules BiVO4 qui ne nécessitent pas de températures et de pressions élevées. Cette, disent les chercheurs, rend le matériau vraiment respectueux de l'environnement, et réduira les coûts et le temps de production.

"Ces matériaux ont un large éventail d'applications, mais peu de choses ont été faites pour améliorer la façon dont nous les fabriquons, " a déclaré le Dr Jun Chen, l'un des auteurs de la nouvelle étude de l'Université de Wollongong, Australie. "Les gens disent que les photocatalyseurs sont verts, mais parfois, la façon dont nous générons ces matériaux n'est pas vraiment économe en énergie."

Traditionnellement, BiVO4 est fabriqué à l'aide d'une méthode hydrothermale qui nécessite une pression et une température élevées. C'est énergivore, et peut prendre environ six heures. Le processus implique plusieurs phases cristallines, qui déterminent la structure du matériau - la taille et la forme des nanoparticules. Avec la méthode traditionnelle, ces phases ne peuvent pas être contrôlées, il faut donc ajouter un procédé supplémentaire en fin de production pour ranger les particules. Cela implique des températures élevées d'environ 500 degrés Celsius, coûte encore plus d'énergie.

Les micro-ondes sont parfois utilisées pour soutenir l'approche hydrothermale traditionnelle, pour améliorer la pureté et la structure du matériau final. La nouvelle méthode utilise des micro-ondes directes pures pour fabriquer BiVO4, ne nécessite donc pas de température et de pression élevées, ou un processus supplémentaire pour améliorer le matériau.

La nouvelle méthode est une méthode simplifiée, processus en une étape effectué à 60-90 degrés Celsius, la rendant industriellement viable et plus sûre. C'est aussi beaucoup plus rapide - par rapport aux 6 heures standard, la nouvelle méthode ne prend que 16 minutes.

Quoi de plus, les nanoparticules BiVO4 fabriquées à l'aide du nouveau procédé sont pures et uniformes en forme et en taille. L'équipe a ajusté le pH, température et temps de réaction pour contrôler la phase cristalline de production. Cela signifiait qu'ils pouvaient contrôler la forme et la taille des nanoparticules, sans avoir besoin d'un processus supplémentaire.

L'équipe a testé dans quelle mesure le matériau peut décomposer un colorant appelé Rhodamine B (RhB). Ils ont trouvé que leurs matériaux étaient hautement photocatalytiques, et fonctionne aussi bien que BiVO4 fabriqué selon des méthodes traditionnelles.

"Nous avons été tellement surpris que peu de gens se concentrent sur ce domaine - seules quelques études ont été réalisées en utilisant des micro-ondes, " a déclaré le Dr Chen. "Nous espérons que ce travail sera d'un intérêt considérable pour les scientifiques des matériaux qui souhaitent utiliser la technologie verte pour simplifier le processus de synthèse des matériaux cristallins inorganiques."

Les chercheurs espèrent maintenant étendre la méthode à la synthèse d'autres oxydes métalliques et composites associés.