Les nanodiamants peuvent être activés comme photocatalyseurs avec la lumière du soleil


Les nanodiamants ont un grand potentiel en tant que catalyseurs. Des nanoparticules de carbone peu coûteuses offrent de très grandes surfaces par rapport à leur volume. Cependant, pour accélérer catalytiquement 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 nouveaux états moléculaires sur les surfaces des nanodiamants qui absorbent également la lumière visible.

Différentes surfaces

Dans le cadre du projet DIACAT, une équipe du HZB a étudié différentes variantes de matériaux nanodiamants pendant l’excitation par la lumière et analysé les processus avec une résolution temporelle extrêmement élevée. Des échantillons de nanodiamants avec différentes chimies de surface ont été produits par le groupe du Dr Jean-Charles Arnault, CEA, France et du professeur Anke Krueger, maintenant à l’Université de Stuttgart. Les nanoparticules différaient par leurs surfaces, qui contenaient différentes quantités d’atomes d’hydrogène ou d’oxygène.

L’hydrogène aide – et le carbone de type fullerène aussi

« L’hydrogène sur les surfaces facilite grandement l’émission d’électrons », explique le Dr Tristan Petit, expert en nanodiamants au HZB. « Parmi les nombreuses variantes, nous avons découvert qu’une certaine combinaison d’hydrogène et de carbone de type fullerène sur les surfaces des nanoparticules est idéale », dit-il.

Excitations laser ultrarapides

Dans le Laserlab de HZB, ils ont étudié des dispersions aqueuses de nanodiamants 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 exactement comment le profil d’absorption se comporte avec différentes longueurs d’onde d’excitation dans la gamme UV à 225 nm et avec la 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 entre dans l’eau », explique Merschjann. L’équipe théorique dirigée par le Dr Annika Bande a contribué à la modélisation avec la théorie fonctionnelle de la densité pour interpréter les spectres. Les données ont montré, comme prévu, que la lumière UV met les électrons en solution dans tous les échantillons, mais pour les échantillons qui avaient du carbone de type fullerène sur leurs surfaces, cela a également été réalisé avec la lumière visible.

La lumière bleue peut fonctionner

« Dans ce travail, nous montrons – au mieux de nos connaissances pour la première fois – que l’émission d’électrons solvatés à partir de nanodiamants dans l’eau est possible avec la lumière visible! », Petit résume les résultats. Il s’agit d’une étape décisive vers l’ouverture des matériaux nanodiamants en tant que photocatalyseurs. Ces matériaux peu coûteux et sans métal pourraient être la clé d’un traitement ultérieur du CO2 en hydrocarbures précieux avec la lumière du soleil à l’avenir, ou même pour convertir N2 en ammoniac.

Remarque : DIACAT a reçu un financement du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre d’un accord de subvention no 665085.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Centre Helmholtz de Berlin pour les matériaux et l’énergie. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*