Nous avons montré que les polymères conjugués nanostructurés (PCN) étaient très actifs pour l’oxydation de l’eau [Patel2020]. Les électrons et les protons issus de la photo-oxydation de l'eau sont stockés sur le semi-conducteur organique nanostructuré. Ainsi, nous avons réussi à reproduire le fonctionnement du Photosystème II, complexe enzymatique naturel des organismes photosynthétiques. Nous développons également des matériaux multifonctionnels composites La_1-xTi_xFeO₃-PCN pour la dépollution de l‘eau. Nous avons mis au point une méthode radiolytique alternative aux méthodes chimiques et électrochimiques pour la synthèse en milieu aqueux ou organique, de différents types de polymères ou copolymères conducteurs (PC) nanostructurés [Bahry2018, Bahry2020, Bahry2021], différemment fonctionnalisés, d’hydrophilie ajustable et de morphologie contrôlée. Nous avons démontré que ces nanostructures de PC constituaient une nouvelle classe de photocatalyseurs, très performants pour des applications environnementales (dégradation de polluants organiques) [Yuan2019, Yuan2020a, Chouli2022], avec une activité sous lumière visible bien supérieure à celle de la plupart des photocatalyseurs connus. Des nanomatériaux composites à base de PC et d’argiles ou de matériaux de type COF (Covalent Organic Framework) sont aussi synthétisés par radiolyse. Ces travaux ont permis de développer plusieurs collaborations internationales avec des équipes de Pologne, du Japon, du Mexique, d’Algérie, de Chine et d’Inde. Dans le cadre d’une collaboration avec le Luxembourg et la Belgique, des photocatalyseurs « photoniques » à base de TiO₂ avec une architecture périodique 3D modulable sont synthétisés par chimie douce en utilisant la cellulose comme agent structurant. Ces matériaux permettent d’améliorer le rendement quantique et les propriétés photocatalytiques du TiO₂ sans avoir besoin d’ajouter de métaux nobles [Gesesse2019, CWang2020, CWang2021, CWang2023a]. Nous avons développé des hétérojonctions à base d’allotrope de carbone « Graphdiyne » pour la génération d’H₂ et la valorisation de CO₂. Une méthode de synthèse simple avec un rendement proche de 100% a été mise en place [Li2022]. La bande interdite de ces matériaux a été modifiée afin de les rendre photoactifs pour la production d’H₂ [Li2021, CWang2023b]. Concernant la production d’H₂, nous avons poursuivi nos travaux sur la modification en surface de TiO₂ ou d’autres semiconducteurs tels que les polymères conjugués nanostructurés par des nanoparticules bimétalliques à base de Ni, Fe et métaux plasmoniques (Pd-Au, Ni-Au, Pt-Ni, etc.) induites par radiolyse et par des matériaux poreux de type Metal Organic Frameworks (MOFs) [Yuan2020b]. Nous avons montré par exemple que le nickel facilitait la formation des liaisons H-H et que le taux d’évolution d’hydrogène est plus important avec une co-modification avec un autre métal, un effet synergique entre les deux métaux étant obtenu [Wang2023]. Des modifications en surface de TiO₂ par des MOFs à base de cuivre ont également donné des résultats très prometteurs en termes de production de H₂ [Martinez2019]. Nous développons des matériaux composites à base de MOFs pour la génération et le stockage d’H₂. La structure de ces matériaux composites est cruciale pour des applications en photocatalyse. En collaboration avec le Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques et l’Institut des Sciences Moléculaires, nous avons montré qu’une famille de semiconducteurs organiques à base de trimères conjugués de type Donneur-Accepteur-Donneur forment, sous irradiation UV ou visible, des paires électrons-trous et sont très efficaces pour la production d’H₂ [Yuan2023]. Leurs propriétés photophysiques, chimiques et électriques remarquables en font d’excellents candidats pour la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique.

Des photocatalyseurs cœur-coquille sont développés par chimie douce pour la production d’H₂ et la valorisation de la biomasse : des nanoparticules métalliques sont encapsulées dans une fine couche de TiO₂. L’optimisation de l’interaction entre le photocatalyseur et les co-catalyseurs liée à la présence de défauts à l’interface nanoparticules/photocatalyseur engendre des propriétés photophysiques et photocatalytiques améliorées [Gesesse2018, Gesesse2020, Ferraz2021].

Par ailleurs, des pérovskites sujettes à une dissolution en milieu aqueux ont aussi pu être stabilisées par encapsulation dans une matrice inorganique. Une fois stabilisés, ces matériaux ont démontré une activité et stabilité pendant la production photocatalytique d’H₂ [Knezevic2023].