Les résultats d'une étude menée par des chercheurs de l'Université d'Aahrus et publiés dans la revue Science font faire un grand pas à la compréhension des propriétés surfaciques du dioxyde de titane (TiO2). Cette découverte pourrait rapidement ouvrir la voie au développement de nouvelles technologies énergétiques et environnementales comme des purificateurs d'eau et d'air, des cellules photovoltaïques peu coûteuses ou encore des surfaces antibactériennes auto nettoyantes.
Le dioxyde de titane est un minéral largement utilisé dans de nombreux secteurs de l'industrie. Propre, stable et non toxique, il est notamment largement utilisé en tant que pigment pour blanchir les peintures ou le dentifrice. Pourtant, les phénomènes qui ont lieu à l'échelle atomique sur la surface du TiO2 restent encore mal compris. Or, ce sont ces phénomènes qui lui confèrent la plupart des propriétés chimiques et physiques exploitées dans les technologies les plus avancées des secteurs biomédicaux, chimiques, aéronautiques, militaires, énergétiques...
Plus particulièrement, c'est un excès d'électrons provoqué par des carences dans la structure cristalline du TiO2 qui est à l'origine de ces propriétés (sensibilité à la lumière et à l'oxygène et propriétés semi-conductrices). L'étude menée par Flemming Besenbacher et Bjørk Hammer du centre de recherche interdisciplinaire Inano a identifié le responsable de cet excès. Jusqu'à présent, la théorie la plus répandue soutenait qu'il était lié à un déficit d'atomes d'oxygène à la surface du TiO2.
Mais en faisant varier la composition chimique surfacique du dioxyde de titane grâce à une exposition à des quantités déterminées d'eau et d'oxygène, l'équipe danoise a mis en évidence une origine différente. Des observations au microscope à force atomique liées à des simulations quantiques ont permis aux chercheurs de comprendre que les électrons sont en fait apportés par des atomes supplémentaires de titane, appelés atomes interstitiels, situés sous la surface du minéral.
Cette découverte permettra de rationaliser la modification de la structure électronique du dioxyde de titane. Ainsi, en utilisant différents types d'atomes interstitiels, les chercheurs pourront maîtriser la sensibilité aux gaz et à la lumière de leurs matériaux.
Bjørk Hammer, lektor, Interdisciplinary Nanoscience Center - The Faculty of Science, Ny Munkegade, bygning 1520, 8000 Arhus C - email : ph.d. hammer@phys.au.dk
