TiO₂ photocatalysis has attracted considerable scientific and practical interest during the last three decades. One major current direction in this research area is the design and preparation of novel TiO₂-based photocatalysts possessing high photocatalytic activity to satisfy the requirements for practical applications. For the development of successful strategies to achieve this goal it is, however, of utmost importance to improve the mechanistic understanding of the basic principles of photocatalysis. Therefore, various nanosized TiO₂ photocatalysts including pure TiO₂, Fe(III)-doped TiO₂ and platinized TiO₂ have been synthesized in our laboratories and their photocatalytic activity has been studied in detail. Several unexpected results have been obtained during these investigations and two new mechanistic models have consequently been developed for their explanation. On the one hand, it was observed that Fe(III)-doped TiO₂ nanoparticles form extended networks in aqueous suspensions with the particles being attached in a way that their atomic planes are aligned parallel to one another. Through the so-called Antenna Mechanism the resulting energetic coupling throughout a long chain of titania nanoparticles will enable an energy and/or exciton transfer from the particle where the initial photon absorption took place to the particle where the electron transfer process finally occurs. On the other hand, the so-called deaggregation concept was introduced to explain a 50% increase of the quantum yield when methanol was photocatalytically oxidized in aqueous suspensions of platinized TiO₂ nanoparticles employing pulsed laser excitation instead of continuous illumination. Within each individual laser pulse, the ensemble of nanoparticles absorbs sufficient energy to initiate the deaggregation of the particle network held together by hydrogen bonds thus opening up additional surface area for methanol adsorption and oxidation. To cite this article: C.-yi Wang et al., C. R. Chimie 9 (2006).

La photocatalyse sur TiO₂ a fait l'objet d'un intérêt considérable au cours des trois dernières décades. Une des principales voies dans ce domaine de recherche est la conception et la préparation de nouveaux photocatalyseurs impliquant TiO₂ et ayant une forte activité photocatalytique pour satisfaire aux exigences des applications pratiques. Cependant, afin de développer des statégies efficaces pour atteindre ce but, il est d'une importance capitale d'améliorer la compréhension mécanistique des principes de base de la photocatalyse. Dans ce but, divers photocatalyseurs de taille nanométrique, incluant le TiO₂ pur, des TiO₂ dopés au Fe(III) et des TiO₂ platinés, ont été synthétisés dans notre laboratoire et leur activité photocatalytique a été étudiée en détail. Plusieurs résultats inattendus ont été obtenus au cours de cette étude et, en conséquence, deux nouveaux modèles mécanistiques ont été développés pour les expliquer. D'une part, il a été observé que les nanoparticules de TiO₂ dopé au Fe(III) forment de larges réseaux en suspension aqueuse. Les particules sont liées entre elles de telle façon qu'elles forment des plans alignés parallèlement les uns aux autres. Ce qui est appelé effet d'antenne réside dans le couplage énergétique le long d'une longue chaîne de particules nanométriques qui rend possible un transfert d'énergie et/ou un transfert d'exciton de la particule qui a initialement absorbé le photon à celle où se produit finalement le processus de transfert d'électron. D'autre part, l'introduction du concept de désagrégation permet d'expliquer l'augmentation de 50% du rendement quantique lorsque du méthanol est photocatalytiquement oxydé en présence d'une suspension de TiO₂ nanométrique platiné, en utilisant une excitation par laser pulsé au lieu d'une irradiation continue. Au cours de chaque impulsion laser, l'ensemble des particules nanométriques absorbe suffisamment d'énergie pour amorcer la désagrégation du réseau de particules maintenues ensemble par liaison hydrogène, ce qui entraîne l'accès à une nouvelle zone de la surface pour l'adsorption et l'oxydation du méthanol. Pour citer cet article : C.-yi Wang et al., C. R. Chimie 9 (2006).