L'hydrogène « vert » doit jouer un rôle important dans la transition énergétique, tant pour la mobilité que pour l'industrie chimique. Dans cette perspective, serait-il possible de le produire à partir de molécules d'eau en utilisant le rayonnement solaire ? C'est la promesse de la photocatalyse, qui se fonde sur le développement d'un photocatalyseur très efficace, stable et recyclable.
Pour y parvenir, une équipe de l'Iramis (Nimbe) en collaboration avec l'ICPEES a étudié les performances de photocatalyse de diamants de taille nanométrique.
Ces cristaux de très petite taille ont en effet des atouts à faire valoir : comme le diamant massif, ils sont semi-conducteurs et il est possible d'ajuster les niveaux d'énergie de leurs bandes de conduction et de valence, en modifiant leur chimie de surface (hydrogénation, oxydation, etc.).
Les chercheurs ont donc exploré les performances photocatalytiques de nano-diamants en variant leur cristallinité, leur taille, leur forme et leur chimie de surface.
Résultat : ils n'observent aucune émission d'hydrogène sous illumination solaire pour des nano-diamants hydrogénés, synthétisés par détonation, ni pour ceux produits par d'autres voies (broyage du diamant massif notamment). Seuls les nano-diamants de détonation oxydés produisent de l'hydrogène, avec un rendement maximal de 32 μmol/h pour une concentration de nano-diamants oxydés de 12,5 μg/mL. Un rendement similaire à celui obtenu avec des nanoparticules de TiO2, pour la même concentration de nanoparticules et dans les mêmes conditions d'illumination !
Ce résultat ouvre des perspectives prometteuses au nano-diamant pour la production d'hydrogène solaire. La prochaine étape consistera à l'associer à d'autres matériaux semi-conducteurs (pour générer des hétérostructures) ou à des co-catalyseurs métalliques, afin d'amplifier leurs performances photocatalytiques.