Imitando a fotossíntese em plantas, usando luz para converter moléculas estáveis ​​e abundantes como água e CO2 em um combustível de alta energia (hidrogênio) ou em produtos químicos de interesse industrial, é um grande desafio de pesquisa hoje. Contudo, a obtenção de fotossíntese artificial em solução permanece limitada pelo uso de compostos à base de metal tóxicos e caros para coletar luz. Pesquisadores do CNRS, O CEA e a Université Grenoble Alpes propõem uma alternativa eficiente usando nanocristais semicondutores (também chamados de pontos quânticos) com base em elementos mais baratos e menos tóxicos, como cobre, índio e enxofre. Seu trabalho foi publicado em Energia e Ciência Ambiental em 10 de abril de 2018.

Em cromóforos de sistemas de fotossíntese artificial, ou "fotossensibilizadores", absorver a energia da luz e transferir elétrons para o catalisador, que ativa a reação química. Embora muito progresso tenha sido feito nos últimos anos no desenvolvimento de catalisadores desprovidos de metais nobres, fotossensibilizadores ainda dependem, no principal, em compostos moleculares contendo metais raros e caros, como rutênio e irídio, ou em materiais semicondutores inorgânicos contendo cádmio, um metal tóxico.

Pela primeira vez, pesquisadores do Département de Chimie Moléculaire (CNRS / Université Grenoble Alpes) e SyMMES (CNRS / CEA / Université Grenoble Alpes) 1 demonstraram, juntando sua experiência em engenharia de semicondutores e fotocatálise, que é possível produzir hidrogênio de forma muito eficiente combinando nanocristais semicondutores inorgânicos (pontos quânticos) formados por um núcleo de sulfeto de cobre e índio protegido por uma camada de sulfeto de zinco, com um catalisador molecular à base de cobalto. Este sistema "híbrido" combina as excelentes propriedades de absorção de luz visível e a grande estabilidade dos semicondutores inorgânicos com a eficácia dos catalisadores moleculares. Na presença de excesso de vitamina C, que fornece elétrons para o sistema, mostra notável atividade catalítica na água, o melhor obtido até agora com pontos quânticos sem cádmio. O desempenho deste sistema é muito superior ao obtido com um fotossensibilizador à base de rutênio, devido à alta estabilidade de pontos quânticos inorgânicos, que pode ser reciclado várias vezes sem perda notável de atividade.

Esses resultados mostram o alto potencial de tais sistemas híbridos para a produção de hidrogênio a partir da energia solar.