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Comprendre la photocatalyse

Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique thermodynamiquement possible par diminution de l’énergie d’activation. La photocatalyse résulte de la catalyse hétérogène, c’est-à-dire que la réaction se produit uniquement à la surface du catalyseur.

Le principe

La photocatalyse se différencie par son mode d’activation. Le catalyseur est un semi-conducteur. Suite à l’absorption de photons, des paires électrons-trous sont créées dans le semi-conducteur, respectivement des photo-électrons dans la bande de conduction et des photo-trous dans la bande de valence, par le passage d'un électron de la bande de valence à la bande de conduction. La différence d'énergie correspond a celle fournit par le photon. Ces porteurs de charges ont une durée de vie limitée. Ils peuvent soit se recombiner suivant divers mécanismes soit diffuser en surface du semi-conducteur du fait du gradient de potentiel provoqué par la courbure des bandes.

L’énergie la plus basse de la bande de conduction définit le potentiel de réduction des photo-électrons et respectivement, l’énergie la plus haute de la bande de valence détermine la capacité oxydante des photo-trous. Simultanément, se produit le transfert de molécules vers la zone interfaciale, puis la diffusion de celles-ci et enfin leur chimisorption sur un site actif de la surface du catalyseur. Des réactions d’oxydoréductions sont alors possibles. La particule adsorbée est photo-réduite si elle présente un potentiel supérieur à ceux des photo-électrons. Dans le cas contraire, elle peut-être photo-oxydée si son potentiel est inférieur à celui des photo-trous.

La photocatalyse

La notion de photocatalyse est étroitement associée au matériau dioxyde de titane sous sa variété cristallographique anatase.
Le TiO2 est un semi-conducteur apte, sous l’effet d’un rayonnement de longueur d’onde adéquate, à activer des réactions radicalaires provoquant l’oxydation des produits organiques.

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