Efterliknar fotosyntes i växter, använda ljus för att omvandla stabila och rikliga molekyler som vatten och CO2 till ett högenergibränsle (väte) eller till kemikalier av industriellt intresse, är en stor forskningsutmaning idag. Dock, Att uppnå artificiell fotosyntes i lösning är fortfarande begränsat av användningen av dyra och giftiga metallbaserade föreningar för att skörda ljus. Forskare vid CNRS, CEA och Université Grenoble Alpes föreslår ett effektivt alternativ med halvledarnanokristaller (även kallade kvantprickar) baserat på billigare och mindre giftiga grundämnen, som koppar, indium och svavel. Deras arbete publicerades i Energi- och miljövetenskap den 10 april 2018.

I artificiella fotosyntessystem, kromoforer, eller "fotosensibilisatorer", absorberar ljusenergi och överför elektroner till katalysatorn, som aktiverar den kemiska reaktionen. Även om stora framsteg har gjorts under de senaste åren i utvecklingen av katalysatorer som saknar ädelmetaller, fotosensibilisatorer är fortfarande beroende av, i huvudsak, på molekylära föreningar som innehåller sällsynta och kostsamma metaller, såsom rutenium och iridium, eller på oorganiska halvledarmaterial som innehåller kadmium, en giftig metall.

För första gången, forskare vid Département de Chimie Moléculaire (CNRS/Université Grenoble Alpes) och SyMMES (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes)1 har visat, genom att ansluta sig till deras expertis inom halvledarteknik och fotokatalys, att det är möjligt att producera väte mycket effektivt genom att kombinera oorganiska halvledarnanokristaller (kvantprickar) bildade av en koppar- och indiumsulfidkärna skyddad av ett zinksulfidskal, med en koboltbaserad molekylär katalysator. Detta "hybrid" system kombinerar de utmärkta egenskaperna för absorption av synligt ljus och den stora stabiliteten hos oorganiska halvledare med effektiviteten hos molekylära katalysatorer. I närvaro av överskott av vitamin C, som tillhandahåller elektroner till systemet, den visar anmärkningsvärd katalytisk aktivitet i vatten, det bästa som hittills erhållits med kadmiumfria kvantprickar. Det här systemets prestanda är mycket högre än den som erhålls med en ruteniumbaserad fotosensibilisator, på grund av den mycket höga stabiliteten hos oorganiska kvantprickar, som kan återvinnas flera gånger utan nämnvärd aktivitetsförlust.

Dessa resultat visar den höga potentialen hos sådana hybridsystem för väteproduktion med hjälp av solenergi.