Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont développé une structure organique covalente microporeuse avec des réseaux denses donneur-accepteur et des liaisons techniques pour la production efficace et propre de peroxyde d'hydrogène (H2Ô2) grâce au processus de photosynthèse avec l'eau et l'air.
Production industrielle traditionnelle de H2Ô2 via le procédé à l'anthraquinone utilisant de l'hydrogène et de l'oxygène, est très gourmand en énergie. Cette approche utilise des solvants toxiques et des catalyseurs à base de métaux nobles coûteux, et génère des déchets substantiels dus aux réactions secondaires. En revanche, la production photocatalytique de H2Ô2 à partir d'oxygène et d'eau offre un itinéraire économe en énergie, doux et propre. Plus important encore, il résout les inconvénients courants des systèmes photocatalytiques existants, tels que la faible activité, l’utilisation intensive de donneurs sacrificiels d’alcool supplémentaires et la nécessité d’un apport d’oxygène pur.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur JIANG Donglin du département de chimie de la NUS a développé un nouveau type de photocatalyseur pour la photosynthèse artificielle efficace de H.2Ô2 de l'eau et de l'air. Les chercheurs ont construit des structures organiques covalentes (COF) hexavalentes dans lesquelles le squelette est conçu pour être des colonnes π donneur-accepteur pour la génération de charges photo-induites à haut débit et des sites actifs catalytiques. En parallèle, les pores sont conçus avec des canaux microporeux trigonaux hydrauliquement sensibles pour une distribution immédiate des réactifs eau et oxygène. En conséquence, ces COF hexavalents produisent H2Ô2 spontanément et efficacement à partir de l'eau et de l'air atmosphérique lorsqu'ils sont exposés à la lumière visible dans des réacteurs discontinus et à flux. Dans des conditions de laboratoire, les COF démontrent une efficacité quantique de 17,5 pour cent sous la lumière visible à 420 nm dans des réacteurs discontinus. Ce système peut être développé pour construire des surfaces autonettoyantes et pour des traitements de désinfection.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Catalyse naturelle le 13 février 2024.
Le professeur Jiang a déclaré : « Dans ce travail, nous avons résolu avec succès un problème clé et commun dans les photocatalyseurs, les électrocatalyseurs et les catalyseurs hétérogènes, à savoir l'approvisionnement efficace en charges et en masse des sites catalytiques. Nous nous concentrons sur une conception structurelle précise au niveau atomique pour explorer les squelettes et les pores des COF ont conduit à la création d'un système de photosynthèse artificielle pour H2Ô2 production, atteignant une efficacité photocatalytique sans précédent.
