Plusieurs études ont prédit que la réaction de séparation de l’eau pourrait être catalysée par certains groupes de matériaux 2D, chacun ne mesurant que quelques atomes d’épaisseur. Un groupe particulièrement prometteur est celui des matériaux Janus 2D, dont les deux faces présentent chacune une composition moléculaire différente. Grâce à de nouveaux calculs détaillés dans EPJ B, Junfeng Ren et ses collègues de l’Université normale du Shandong en Chine présentent un nouveau groupe de quatre matériaux Janus 2D, qui pourraient être particulièrement bien adaptés à la tâche.
Étant donné que l’hydrogène libère une abondance d’énergie lorsqu’il est brûlé, avec uniquement de l’eau comme sous-produit, il est maintenant largement considéré comme une excellente alternate aux combustibles fossiles. La séparation des molécules d’eau implique une «réaction redox», où les électrons et les trous participent aux réactions de réduction et d’oxydation. Etant d’excellents semi-conducteurs, les matériaux Janus 2D sont particulièrement bien adaptés pour catalyser cette réaction. Lorsqu’un électron dans la “bande de valence” isolante d’un semi-conducteur absorbe un photon, il est excité dans la “bande de conduction” du matériau, laissant derrière lui un trou chargé positivement. À leur tour, ces matériaux sont à la fois source et accepteurs d’électrons, ce qui permet aux réactions redox de se produire as well as facilement.
Dans leur étude théorique, l’équipe de Ren a examiné un groupe de quatre de ces matériaux : avec une floor composée de sélénium ou de tellure, et l’autre de brome ou d’iode – les deux côtés prenant en sandwich une couche intermédiaire d’astatine. Dans ces semi-conducteurs, les énergies de leurs bandes de valence et de conduction étaient suffisamment éloignées pour empêcher les électrons et les trous de se recombiner facilement : leur permettant de combiner des électrons et des trous pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène. Les quatre matériaux présentant une excellente stabilité et une excellente absorption de la lumière, les chercheurs pensent qu’ils pourraient être des candidats incroyablement prometteurs pour catalyser la réaction de séparation de l’eau. Si ces résultats peuvent être reproduits dans des expériences, l’équipe de Ren espère que les quatre matériaux pourraient devenir un élément clé de l’effort mondial visant à éliminer nos émissions de carbone au cours des prochaines décennies.