Utiliser la lumière du soleil pour conduire des réactions chimiques, comme la photosynthèse artificielle, pourrait bientôt devenir beaucoup plus efficace grâce aux nanomatériaux.

C'est la conclusion d'une étude publiée aujourd'hui menée par des chercheurs du département de physique de l'Imperial College de Londres, qui pourraient à terme contribuer à améliorer les technologies de l'énergie solaire et être utilisées pour de nouvelles applications, comme l'utilisation de la lumière du soleil pour décomposer les produits chimiques nocifs.

La lumière du soleil est utilisée pour conduire de nombreux processus chimiques qui ne se produiraient pas autrement. Par exemple, le dioxyde de carbone et l'eau ne réagissent généralement pas, mais dans le processus de photosynthèse, les plantes prennent ces deux produits chimiques et, en utilisant la lumière du soleil, produire de l'oxygène et du sucre.

L'efficacité de cette réaction est très élevée, ce qui signifie qu'une grande partie de l'énergie de la lumière du soleil est transférée à la réaction chimique, mais jusqu'à présent, les scientifiques ont été incapables d'imiter ce processus dans des dispositifs artificiels fabriqués par l'homme.

L'une des raisons est que de nombreuses molécules qui peuvent subir des réactions chimiques avec la lumière n'absorbent pas efficacement la lumière elles-mêmes. Ils s'appuient sur des photocatalyseurs – des matériaux qui absorbent efficacement la lumière et transmettent ensuite l'énergie aux molécules pour déclencher des réactions.

Dans la nouvelle étude, des chercheurs ont étudié un matériau photocatalyseur artificiel utilisant des nanoparticules et ont découvert comment le rendre plus efficace.

Cela pourrait conduire à de meilleurs panneaux solaires, car l'énergie du Soleil pourrait être récupérée plus efficacement. Le photocatalyseur pourrait également être utilisé pour détruire des polluants liquides ou gazeux, comme les pesticides dans l'eau, en exploitant la lumière du soleil pour provoquer des réactions qui décomposent les produits chimiques en des formes moins nocives.

Auteur principal Dr Emiliano Cortés du Département de physique de l'Imperial, a déclaré :"Cette découverte ouvre de nouvelles opportunités pour augmenter l'efficacité de l'utilisation et du stockage de la lumière solaire dans diverses technologies.

"En utilisant ces matériaux, nous pouvons révolutionner nos capacités actuelles de stockage et d'utilisation de la lumière du soleil avec des implications importantes dans la conversion d'énergie, ainsi que de nouvelles utilisations telles que la destruction de molécules ou de gaz polluants et l'épuration de l'eau, entre autres."

Le matériau sur lequel l'équipe a étudié est composé de nanoparticules métalliques, des particules mesurant seulement des milliardièmes de mètre de diamètre. Leurs résultats sont publiés aujourd'hui dans le Journal Communication Nature .

L'équipe, qui comprenait des chercheurs du département de chimie de l'Université de Duisburg-Essen en Allemagne dirigés par le professeur Sebastian Schlücker et des théoriciens du Rensselaer Polytechnic Institute et de l'Université Harvard aux États-Unis, ont montré que des réactions chimiques induites par la lumière se produisent dans certaines régions de la surface de ces nanomatériaux.

Ils ont identifié quelles zones du nanomatériau seraient les plus appropriées pour transférer de l'énergie aux réactions chimiques, en suivant les emplacements de très petites nanoparticules d'or (utilisées comme marqueurs) sur la surface du matériau nanocatalytique d'argent.

Maintenant qu'ils savent quelles régions sont responsables du processus de récolte de la lumière et de son transfert vers des réactions chimiques, l'équipe espère être en mesure de concevoir le nanomatériau pour augmenter ces zones et le rendre plus efficace.

Le chercheur principal, le professeur Stefan Maier, a déclaré :« C'est une démonstration puissante de la façon dont les nanostructures métalliques, que nous avons enquêté dans mon groupe à l'Impériale au cours des 10 dernières années, continuent de nous surprendre par leurs capacités à contrôler la lumière à l'échelle nanométrique.

"La nouvelle découverte découverte par le Dr Cortés et ses collaborateurs en Allemagne et aux États-Unis ouvre de nouvelles possibilités pour ce domaine dans les domaines de la photocatalyse et de la nanochimie."