Quand un semi-conducteur absorbe des photons énergétiques, des paires électron-trou sont créées dans le matériau et génèrent à sa surface des radicaux libres susceptibles de réagir avec des molécules environnantes. C'est le principe de la photocatalyse. Celle-ci peut cependant être contrariée par la recombinaison rapide des paires électron-trou.
Des chercheurs de l'Iramis ont étudié un imogolite (OH)3Al2O3Si(OH) – un aluminosilicate naturellement présent dans les sols volcaniques – synthétisé sous forme de nanotubes de diamètres très homogènes (2-3 nm), tapissés de groupes hydroxyle hydrophiles (OH) en surface. Leurs expériences de radiolyse pulsée picoseconde en présence d'eau mettent en évidence la séparation spontanée des charges (électrons et trous) formées sous rayonnement et la production d'hydrogène associée. Des simulations numériques suggèrent que la très forte courbure des nanotubes facilite la séparation des charges car elle induit un champ électrique dans la paroi des nanotubes qui fait migrer les électrons vers l'extérieur et les trous vers l'intérieur des nanotubes.
Ces résultats ouvrent la voie au développement de photocatalyseurs économiques. Les imogolites peuvent en effet être produits à faible coût, sans dommage pour l'environnement, et leur surface peut être fonctionnalisée pour traiter différents types de polluants, tant hydrophiles qu'hydrophobes. Les chercheurs s'attèlent à présent à modifier ces nanotubes, pour par exemple diminuer l'énergie d'activation du processus, afin d'étendre leur efficacité sur une plus large gamme de longueurs d'onde.
Ces travaux, menés avec l'Institut de chimie physique (CNRS-Université Paris Saclay) et le Laboratoire de chimie physique et microbiologie pour les matériaux et l'environnement (CNRS-Université de Lorraine), font l'objet d'un projet financé par l'ANR en collaboration avec l'Université Paris Diderot et l'Institut Charles Gerhardt de Montpellier.