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La Lettre
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La photocatalyse
Les électrons et les trous produits par absorption du photon
peuvent également être utilisés pour réaliser des réactions chimiques
d’oxydoréduction, utilisant les électrons comme réducteur et les trous
comme oxydants : c’est le domaine de la photocatalyse, qui présente de nombreuses
applications, notamment pour la dépollution de l’eau et de l’air ou la transformation directe de l’énergie
lumineuse en énergie électrique. Concernant la production d’hydrogène à partir de l’eau et de la lumière,
par exemple, deux voies sont possibles : la lumière peut être transformée en électricité à partir d’une
cellule photovoltaïque, comme cela a été présenté auparavant, puis l’électricité est utilisée pour effectuer
l’électrolyse de l’eau en hydrogène et en oxygène. Une autre voie est de casser l’eau directement par
photocatalyse
7
.
Dans la photocatalyse, les trous créés par
l’absorption de photons sont transférés à
un matériau cocatalyseur d’oxydation, par
exemple des particules d’oxyde de cobalt,
qui peut utiliser ces trous pour oxyder l’eau
en oxygène et en protons : quatre trous sont
nécessaires pour la transformation de deux
molécules d’eau en une molécule d’oxygène
et quatre protons. Les protons formés sont
ensuite réduits en hydrogène moléculaire,
grâce aux électrons de haute énergie créés
par l’absorption de la lumière, et transférés sur
le cocatalyseur de réduction, des particules de
Pt, par exemple.
On le voit, la lumière et la chimie partage donc
une complicité très forte. L’absorption de la
lumière place les molécules et les solides dans
un état excité, et plusieurs processus sont
possibles pour le retour à l’état fondamental.
La réémission d’un photon et le transfert
d’énergie à une molécule voisine ouvrent
des applications majeures en sciences de la
vie et en santé. La séparation des charges
produites permet de récolter l’énergie solaire
pour la transformer en énergie électrique
ou en énergie chimique. L’exploitation des
interactions lumière-chimie jouera donc un
rôle majeur pour notre santé et notre énergie.
Pour en savoir plus
1. Frochot C,
et al. L’actualité chimique
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2. Le Bahers T, Rérat M, Sautet P. J
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L’actualité
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5. O’Regan B, Grätzel M.
Nature
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6. Mathew S,
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7. Moriya Y, Takata T, Domen K.
Coord Chem Rev
2013 ;
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La réaction photocatalytique de dissociation de l’eau