Les nanodiamants peuvent être activés comme photocatalyseurs par la lumière du soleil
Ces matériaux peu coûteux pourraient être la clé d'un traitement ultérieur du CO₂ en hydrocarbures précieux grâce à la lumière du soleil à l'avenir.
Les matériaux de type nanodiamant ont un potentiel en tant que photocatalyseurs à faible coût. Mais jusqu'à présent, ces nanoparticules de carbone nécessitaient une lumière UV à haute énergie pour devenir actives. Le consortium DIACAT a donc produit et analysé des variantes de matériaux en nanodiamant. Les travaux montrent : Si la surface des nanoparticules est occupée par suffisamment d'atomes d'hydrogène, même l'énergie plus faible de la lumière bleue du soleil suffit à l'excitation. Les futurs photocatalyseurs basés sur les nanodiamants pourraient être capables de convertir leCO2 ou le N2 en hydrocarbures ou en ammoniac grâce à la lumière du soleil.
L'illustration montre deux variantes de matériaux nanodiamants avec des surfaces différentes : C230H106 à gauche, C286H68 à droite. Atomes de C sp3 (diamant) en noir, atomes de C sp3x (type fullerène) en brun, atomes de H : Gris clair. Lorsque la surface est partiellement recouverte d'atomes d'hydrogène, les nanodiamants peuvent absorber la lumière dans le domaine visible et émettre des électrons en solution.
T. Kirschbaum / HZB
Les matériaux en nanodiamant ont un grand potentiel en tant que catalyseurs. Les nanoparticules de carbone, peu coûteuses, offrent de très grandes surfaces par rapport à leur volume. Cependant, pour accélérer de manière catalytique les réactions chimiques dans un milieu aqueux, les électrons du catalyseur doivent entrer en solvatation, ce qui nécessite dans les matériaux en diamant pur une lumière UV à haute énergie pour l'excitation. D'autre part, les tailles extrêmement petites des nanoparticules permettent de créer de nouveaux états moléculaires à la surface des nanodiamants qui absorbent également la lumière visible.
Des surfaces différentes
Dans le cadre du projet DIACAT, une équipe du HZB a étudié différentes variantes de matériaux en nanodiamant lors de l'excitation par la lumière et a analysé les processus avec une résolution temporelle extrêmement élevée. Des échantillons de nanodiamant avec différentes chimies de surface ont été produits par le groupe du Dr Jean-Charles Arnault, CEA, France et du Prof. Anke Krueger, maintenant à l'Université de Stuttgart. Les nanoparticules différaient par leurs surfaces, qui contenaient des quantités différentes d'atomes d'hydrogène ou d'oxygène.
L'hydrogène aide - et le carbone de type fullerène aussi
"L'hydrogène présent à la surface facilite l'émission d'électrons", explique le Dr Tristan Petit, expert en nanodiamant au HZB. "Parmi les nombreuses variantes, nous avons découvert qu'une certaine combinaison d'hydrogène et de carbone de type fullerène à la surface des nanoparticules était idéale", ajoute-t-il.
Excitations laser ultrarapides
Dans le Laserlab de HZB, ils ont étudié des dispersions aqueuses de nanodiamant avec différentes terminaisons de surface telles que l'hydrogène, -OH ou -COOH après les avoir excitées avec des impulsions laser ultrarapides. "Nous avons pu mesurer expérimentalement le comportement exact du profil d'absorption avec différentes longueurs d'onde d'excitation dans la gamme UV à 225 nm et avec une lumière bleue dans la gamme visible à 400 nm", explique le Dr Christoph Merschjann, HZB.
Picosecondes après l'excitation
"Nous voulions savoir ce qui se passe dans les premières picosecondes cruciales après l'excitation par la lumière, car c'est le moment où un électron quitte la surface et passe dans l'eau", explique Merschjann. L'équipe théorique dirigée par le Dr Annika Bande a contribué à la modélisation avec la théorie de la fonction de la densité pour interpréter les spectres. Les données ont montré, comme prévu, que la lumière UV amène les électrons dans la solution pour tous les échantillons, mais pour les échantillons dont la surface était recouverte de carbone de type fullerène, ce résultat a également été obtenu avec la lumière visible.
La lumière bleue peut fonctionner
"Dans ce travail, nous montrons - pour la première fois à notre connaissance - que l'émission d'électrons solvatés à partir de nanodiamants dans l'eau est possible avec la lumière visible !", résume Petit. C'est un pas décisif vers l'ouverture des matériaux nanodiamants comme photocatalyseurs. Ces matériaux peu coûteux et exempts de métaux pourraient être une clé pour transformer à l'avenir leCO2 en hydrocarbures précieux grâce à la lumière du soleil, ou même pour convertir le N2 en ammoniac.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
