Utilisation du dioxyde de titane
Dioxyde de titane - Propriétés et applications

5.1 Photocatalyse

Le TiO₂ est couramment utilisé dans les procédés de photocatalyse, dans les réacteurs industriels, mais aussi pour la production d’électricité à partir de l’énergie solaire. Ces applications sont liées au caractère semi-conducteur du TiO₂ dont la largeur de bande interdite est au moins équivalente à l’énergie des photons dans la bande des ultraviolets (gap de 3,0 eV pour le rutile et 3,2 eV pour l’anatase). La figure 5 schématise le processus de photocatalyse initié par l’interaction d’un photon de la lumière incidente dans la bande d’énergie du semi-conducteur, entre la bande de valence et la bande de conduction. Il en résulte la formation d’un électron e^– qui quitte la bande de valence en y laissant un trou (h⁺ de charge équivalente +1). L’électron formé migre vers un niveau d’énergie supérieur de la bande de conduction.

Le processus fondamental de formation de paires électrons-trous est à la base des applications en photocatalyse et pour la production d’énergie. Il est décrit par l’équation :

^( 14 )

Dans cette réaction, e^–, hν et h⁺ représentent respectivement un électron de la bande de conduction, l’énergie d’un photon incident et un trou de la bande de valence.

Les porteurs de charge e^– et h⁺ sont fortement réactifs et peuvent soit se recombiner rapidement dans le semi-conducteur, soit être piégés sur des sites de surface, ou surtout réagir en surface avec un fort potentiel rédox. Le TiO₂ est particulièrement intéressant dans les procédés de photocatalyse et de production d’énergie en raison de la grande largeur du gap d’énergie et des positions respectives des niveaux d’énergie de la bande de conduction et de la bande de valence. Par ailleurs, le TiO₂ est une ressource disponible en grande quantité et à coût modéré.

L’inconvénient de ce processus de photocatalyse est qu’il ne peut être initié que dans...