​Lever le verrou de l'activation optique du diamant

Les électrons solvatés – électrons libres stabilisés dans un solvant – comptent parmi les espèces réductrices les plus puissantes en solution aqueuse, capables d'activer des molécules très stables comme le CO₂. Le diamant, notamment dopé ou hydrogéné en​ surface, est un candidat particulièrement attractif pour en produire grâce à son affinité électronique négative, qui facilite l'émission d'électrons dans l'eau.

Cependant, un verrou majeur limite ces applications : la large bande interdite du diamant impose une excitation par ultraviolet profond, énergétiquement coûteuse et peu compatible avec des procédés durables. De plus, cette illumination UV peut dégrader l'interface diamant–solution.

Rendre le diamant sensible à la lumière visible

Pour dépasser cette limite, les chercheurs ont modifié la surface de nanodiamants en y fixant une molécule capable d'absorber la lumière visible (un complexe de ruthénium). Cette molécule agit comme un photosensibilisateur : elle capte la lumière, puis permet un transfert électronique avec le diamant. Ce couplage crée de nouveaux états électroniques à la surface du matériau, ce qui permet d'activer le système avec une lumière moins énergétique, proche du domaine visible. Des analyses spectroscopiques ont permis de confirmer ce couplage étroit entre la molécule et le nanodiamant, ainsi que le transfert de charges associés.

Cette approche permet ainsi de rendre possible l'émission d'électrons solvatés sous illumination visible, sans altérer la structure du diamant.

Une preuve de concept pour la réduction du CO₂

La pertinence de cette stratégie est démontrée par une réaction modèle : la transformation du CO₂ en formate, une molécule d'intérêt pour l'industrie chimique. Des électrodes de diamant recouvertes de nanodiamants fonctionnalisés produisent ce composé avec des rendements atteignant 0,76 µmol·cm⁻²·h⁻¹ sous illumination solaire dans des milieux à base de liquides ioniques. Ces performances sont comparables, voire supérieures, à celles d'autres systèmes à base de diamant.

Cette amélioration est attribuée à la fois à la photosensibilisation du diamant et à une meilleure disponibilité du CO₂ dans ces milieux. Plus largement, les résultats démontrent la possibilité d'exploiter directement l'énergie solaire pour alimenter des réactions de réduction multiélectroniques particulièrement exigeantes.

Une étape vers une photocatalyse plus durable

Ce travail montre qu'il est possible de rendre le diamant actif sous lumière visible sans modifier sa structure en profondeur. C'est une avancée importante : elle permet d'envisager des systèmes capables d'utiliser directement l'énergie solaire pour produire des électrons très réactifs et déclencher des réactions chimiques difficiles.

À plus long terme, cette approche pourrait contribuer au développement de nouvelles méthodes de conversion du CO₂ ou d'autres molécules stables, en s'appuyant sur des matériaux robustes et durables.