Les amas de nanoparticules d’or ont renforcé l’efficacité du dioxyde de titane dans la dégradation d’un colorant toxique appelé méthylorange.
À mesure que la population humaine de la Terre augmente, le besoin de vêtements, de cosmétiques et de nourriture produits à bas prix augmente également. Cela représente un problème écologique croissant car le ruissellement des eaux usées de ces industries contenant des colorants toxiques pollue l’environnement.
Des procédés de nettoyage utilisant la lumière pour dégrader et éliminer ces colorants toxiques existent et sont actuellement utilisés. Par exemple, les oxydes métalliques semi-conducteurs comme le dioxyde de titane (TiO2) peuvent être utilisés comme photocatalyseur, une substance qui utilise la lumière pour accélérer une réaction chimique afin de faciliter la minéralisation de tous les polluants organiques en molécules d’eau et de dioxyde de carbone. Mais ces méthodes ne sont pas aussi efficaces qu’elles pourraient l’être
La photocatalyse offerte par le TiO2 et d’autres métaux semi-conducteurs est limitée, mais elle peut être renforcée par l’ajout de métaux nobles comme l’or (Au). UN nouveau papier publié dans la revue Solaire RRL suggère l’utilisation d’amas de nanoparticules d’or (Au9) et de TiO2 pour dégrader un colorant extrêmement toxique appelé méthylorange.
“Le catalyseur est conçu pour dégrader les colorants toxiques”, a déclaré l’auteur correspondant de l’article, Gunther Andersson, professeur de physique chimique et de nanotechnologie à l’Université de Flinders. « Le catalyseur absorbe la lumière et transmet l’énergie absorbée aux porteurs de charge, aux électrons et aux trous électroniques (un endroit où un électron a quitté sa place), qui déclenchent ensuite une réaction chimique, dans ce cas, la dégradation d’un colorant toxique. »
Exploiter le pouvoir de la lumière
La photocatalyse est une réaction chimique qui se produit lorsqu’une particule de lumière, un photon, est absorbée par un catalyseur semi-conducteur. Les électrons du catalyseur sont excités, générant une paire électron-trou et accélérant une réaction chimique sans que le photocatalyseur soit consommé. Le TiO2 est un semi-conducteur qui a été largement suggéré pour le nettoyage de l’environnement car il peut être combiné avec une gamme de matériaux, notamment des métaux, des non-métaux, des métaux nobles et même un autre photocatalyseur, pour renforcer ses propriétés.
Andersson a expliqué que l’équipe a choisi les amas Au9 comme co-catalyseurs qui facilitent le processus catalytique, car le TiO2 a pour rôle d’absorber la lumière mais est, dans l’ensemble, un mauvais catalyseur. Ses performances sont améliorées grâce à l’Au9, a-t-il ajouté. En effet, dans TiO2, les électrons se recombinent rapidement avec les trous électroniques, limitant ainsi la photocatalyse. Les nanoparticules d’or peuvent être utilisées comme « puits d’électrons » qui empêchent la recombinaison, permettant ainsi la poursuite de la photocatalyse.
“Les clusters Au9 accélèrent le processus de dégradation en améliorant la réactivité des porteurs de charge excités”, a poursuivi Andersson.
Les chercheurs ont découvert que leur substance renforcée par des amas de nanoparticules Au9 était très efficace pour dégrader le colorant méthylorange, capable de dégrader complètement ce colorant en 20 minutes. Comme tout autre photocatalyseur, la substance peut être réutilisée pour continuer à accélérer la dégradation du colorant.
« Les amas métalliques n’ont pas encore été utilisés pour améliorer une telle dégradation des colorants. D’un point de vue scientifique, c’est un grand pas en avant », a déclaré Andersson.
Et après?
Malgré les résultats impressionnants, Andersson concède qu’avant que la substance puisse être largement utilisée comme traitement des eaux usées pour éliminer les colorants toxiques, plusieurs autres étapes doivent être franchies.
Il a expliqué que la substance particulière utilisée par l’équipe est unique car les amas d’Au avec lesquels ils l’ont améliorée ont un nombre fixe d’atomes d’Au formant l’amas. Il a ajouté que l’utilisation de clusters Au d’une taille différente entraînerait un comportement différent.
Cela signifie que l’une des prochaines étapes pour les chercheurs consistera à modifier la taille des amas d’or pour voir quel impact cela aura sur les performances.
“Avant la mise en œuvre, nous devrons également déterminer si d’autres matériaux toxiques peuvent être dégradés, combien de temps dure le catalyseur et quels sont les coûts de mise à l’échelle”, a conclu Andersson.
Référence : Gunther Andersson, et coll., Dégradation photocatalytique améliorée de l’orange de méthyle à l’aide de TiO2 mésoporeux fonctionnalisé par l’azote décoré de nanoclusters Au9Solaire RRL (2024), DOI : 10.1002/solr.202300943
Crédit image vedette : Adrien Ledoux sur Unsplash
2024-04-05 10:40:43
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