Shoubhik Das et ses collègues de l’Université de Bayreuth en Allemagne ont développé un photocatalyseur atomiquement dispersé à base de nickel (Ni₀,₁₆@f₂-gC₃N₄) qui permet une production photocatalytique d’hydrogène efficace et stable directement à partir d’eau de mer ou d’eau pure, sans nécessiter d’agents sacrificiels. Les résultats de recherche associés ont été publiés dans le Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.).
Sous irradiation lumineuse à 390 nm, le catalyseur a atteint un taux de production d’hydrogène de 270 μmol/g/h dans l’eau pure, avec un rendement en hydrogène de 119 μmol/g sous lumière solaire naturelle. Dans l’eau de mer, le taux de production d’hydrogène s’est maintenu à 144 μmol/g/h, démontrant une excellente adaptabilité environnementale. Des techniques de caractérisation telles que la HAADF-STEM et la XAS ont confirmé que le Ni existe sous forme atomiquement dispersée. Le catalyseur a conservé une activité élevée après un fonctionnement continu de 720 heures (dont 140 heures d’éclairement) et n’a montré aucune baisse significative de performance après 15 cycles de réutilisation. Des études mécanistiques ont révélé que la production d’hydrogène suit une voie de décomposition de l’eau en deux étapes : d’abord, l’oxydation de l’eau à deux électrons génère du H₂O₂ comme intermédiaire, suivie de la décomposition du H₂O₂ en O₂ et H₂, les sites de Ni favorisant efficacement la décomposition du H₂O₂.
