Bien que les propriétés de photoconversion de certains oxydes semi-conducteurs, comme TiO2, aient déjà été mis en évidence il y a plus de 4 décennies, certaines limitations ont restreint jusqu’à présent ce domaine d’étude à l’échelle du laboratoire, en raison des rendements encore trop limités qui ont freiné l’extension des procédés associés. Les deux challenges majeurs, afin de permettre à ces procédés de devenir viables, sont (i) l’augmentation du rendement de photoconversion, qui consiste à pouvoir utiliser de manière plus efficace les photons et (ii) l’utilisation directe de la lumière solaire, plus précisément des longueurs d’ondes du spectre visible, voire IR. Pourtant, les avancés réalisées dans le domaine de la compréhension, de la
caractérisation fine, du contrôle de la synthèse des nanomatériaux, ainsi que du génie des photo-réacteurs ont permis de surmonter certains de ces verrous pour arriver à des objets d’un niveau de maturation plus élevé, permettant d’envisager une intégration dans des dispositifs utilisés de manière efficace dans les domaines de l’énergie et de l’environnement. Ainsi, pour ce faire, parmi les principales stratégies mises en œuvre, nous pouvons relever :
• le dopage (cationique, anionique, co-dopage) de semi-conducteurs à grande bande interdite,
• la synthèse de semi-conducteurs à bande interdite plus faible, • le couplage intime entre semi-conducteurs, dont l’un possède une bande interdite faible (photosensibilisation dans le visible et formation d’hétérojonctions) pour une meilleure utilisation du spectre solaire et une meilleure séparation des charges,
• le dépôt de nanoparticules (bi-)métalliques induisant des effets co-catalytiques
et/ou plasmoniques de surface, • les différentes morphologies (1D, 2D, 3D) et assemblages de semi-conducteurs, • les améliorations de surface spécifique et de la porosité, • l’association avec des adsorbants • les combinaisons de ces différentes approches Parmi ces différentes voies d’optimisation des matériaux photocatalytiques, quelques stratégies seront abordées et différents exemples seront donnés et discutés pour la production de carburants solaires (production d’H2, réduction du CO2), et pour la dépollution et décontamination de l’air et des
surfaces.
