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Une équipe d’ingénieurs a combiné des nanoparticules de graphène et de dioxyde de titane pour créer un nouveau catalyseur solaire qui peut filtrer les polluants de l’air, et ce, beaucoup plus efficacement que d’autres techniques. Ce catalyseur pourrait recouvrir les surfaces des bâtiments ou des rues afin d’améliorer la qualité de l’air dans les villes.

Un photocatalyseur contre le smog

Alors que le dioxyde de carbone fait souvent la une des journaux sur la pollution atmosphérique, il est loin d’être le seul polluant atmosphérique. Les oxydes d’azote (NOx) et les composés organiques volatils sont émis par les gaz d’échappement des véhicules et les procédés industriels, ce qui contribue au smog et nuit à la santé humaine.
Au cours des dernières années, des chercheurs ont expérimenté l’utilisation de nanoparticules de dioxyde de titane pour nettoyer ce type de pollution atmosphérique. Ce processus fonctionne comme un photocatalyseur, ce qui signifie qu’une fois qu’il est activé par la lumière, il décompose les polluants. Cela a été mis en œuvre dans le béton purificateur d’air et des panneaux de construction en aluminium, ainsi que des filtres à eau.
Dans le cadre de travaux antérieurs, il a été démontré que les surfaces de titania permettent de convertir jusqu’à 45 % des Nox atmosphériques en nitrate inoffensif. Pour cette nouvelle étude, l’équipe a réussi à augmenter l’efficacité jusqu’à 70 pour cent. L’ingrédient secret? le graphène.
Les chercheurs ont utilisé l’exfoliation en phase liquide pour enlever les couches de graphène du matériau de base de graphite, mais avec une nouvelle modification à ce processus- ils ont ajouté des nanoparticules de dioxyde de titane au mélange. Cela leur a permis de créer un nouveau matériau nanocomposite graphène-titane.
Ce matériau peut ensuite être appliqué sur des surfaces comme les rues, les trottoirs ou les murs extérieurs des bâtiments pour purifier passivement l’air. Il est entièrement alimenté par la lumière du Soleil, et le nitrate qui en résulte est inoffensif et s’enlève avec le vent et la pluie.

Un effet « mangeur de smog »

La photocatalyse dans une matrice de ciment, appliquée aux bâtiments, pourrait avoir un effet important pour réduire la pollution de l’air en réduisant les NOx et en permettant l’autonettoyage des surfaces – l’effet dit « mangeur de smog », explique Xinliang Feng de Graphene Flagship, une des organisations derrière cette étude. « Le graphène pourrait aider à améliorer le comportement photocatalytique de catalyseurs comme l’oxyde de titane et améliorer les propriétés mécaniques du ciment. »
L’équipe a testé ce mélange en fabriquant des panneaux photocatalytiques et en les exposant aux polluants. Dans un essai, ils ont utilisé de la rhodamine B, dont la structure moléculaire est similaire à celle des polluants organiques volatils. Lors d’essais dans l’eau et activés par la lumière UV, l’équipe a découvert que le composite graphène-titane dégradait 40 % plus de rhodamine B qu’un catalyseur à base de titane seul.
Dans l’essai suivant, les chercheurs ont constaté que le catalyseur graphène-titane dégradait jusqu’à 70 % de plus le NOx dans l’atmosphère que le catalyseur oxyde de titane ordinaire.

Plusieurs utilisations potentielles

« Le couplage du graphène à l’oxyde de titane nous a donné d’excellents résultats sous forme de poudre – et il pourrait être appliqué à différents matériaux, dont le béton est un bon exemple d’utilisation généralisée, nous aidant à obtenir un environnement plus sain », explique Marco Goisis, coordinateur de cette recherche chez Italcementi, autre société participant à cette étude. « C’est facile d’entretien et respectueux de l’environnement, car il ne nécessite que l’énergie du Soleil et aucun autre ingrédient. »
Aussi prometteurs que soient ces premiers résultats, l’équipe affirme qu’il reste encore du travail à faire avant que cette technologie puisse être commercialisée. D’une part, le graphène est encore difficile à produire en grande quantité, mais de nombreux scientifiques travaillent déjà sur ce problème.
Cette recherche a été publiée dans Nanoscale.
Source : Graphene Flagship
Crédit photo : Pixabay