Photosynthèse artificielle sur des catalyseurs à base de TiO2 cristallin : réalité ou fiction ?

Le mécanisme de conversion photocatalytique du CO(2) et de l'H(2)O sur du titane dopé avec de l'oxyde de cuivre, Cu(I)/TiO(2), a été étudié par le biais de la spectroscopie DRIFT in situ combinée à du CO(2) isotopiquement labellisé (13). En plus de petites quantités de (13)CO, il a été démontré que le (12)CO est le produit principal de la réaction par la signature Cu(I)-CO à 2115 cm(-1), indiquant que les résidus de carbone à la surface du catalyseur sont impliqués dans des réactions avec de l'eau adsorbée à la surface, principalement activée photocatalytiquement. Ceci a été confirmé par une exposition prolongée du catalyseur à la lumière et à la vapeur d'eau, ce qui a significativement réduit la quantité de CO formée dans une expérience subséquente dans la cellule DRIFT. De plus, la formation de carboxylates et de (bi)carbonates a été observée lors de l'exposition de la surface Cu(I)/TiO(2) au CO(2) dans l'obscurité. Ces carboxylates et (bi)carbonates se décomposent sous irradiation lumineuse, produisant principalement du CO(2). En même temps, une nouvelle espèce carbonatée est produite (ayant une absorption principale à environ 1395 cm(-1)) par adsorption de CO produit photocatalytiquement sur la surface Cu(I)/TiO(2), très probablement par une réaction de Boudouard inversée du CO(2) activé photocatalytiquement avec des résidus de carbone. La découverte que les résidus de carbone sont impliqués dans l'activation photocatalytique de l'eau et la réduction du CO(2) pourrait avoir d'importantes implications pour les taux de photosynthèse artificielle rapportés dans de nombreuses études de la littérature, en particulier celles utilisant des matériaux photoactifs synthétisés avec des précurseurs contenant du carbone.