Two‐dimensional photonic metasurfaces for slow light‐controlled photocatalysis
Jérôme Capitolis,
Marwa Hamandi,
Marion Hochedel,
Said El‐Jallal,
Emmanuel Drouard,
Céline Chevalier,
Jean‐Louis Leclercq,
José Penuelas,
Thomas Dursap,
Solène Brottet,
Brice Devif,
Hai Son Nguyen,
Gilles Berhault,
Jean‐Marc Chovelon,
Corinne Ferronato,
Chantal Guillard,
Eric Puzenat,
Nicolas Crespo‐Monteiro,
Stephanie Reynaud,
Yves Jourlin,
Matthieu Bugnet,
Christian Seassal
Affiliations
Jérôme Capitolis
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Marwa Hamandi
Univ Lyon, Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon‐IRCELYON‐UMR 5256, CNRS Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne 69626 France
Marion Hochedel
Univ Lyon Laboratoire Hubert Curien UMR 5516 CNRS Saint‐Étienne 42000 France
Said El‐Jallal
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Emmanuel Drouard
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Céline Chevalier
Univ Lyon, INSA Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Villeurbanne 69621 France
Jean‐Louis Leclercq
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
José Penuelas
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Thomas Dursap
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Solène Brottet
Univ Lyon, INSA Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Villeurbanne 69621 France
Brice Devif
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Hai Son Nguyen
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Gilles Berhault
Univ Lyon, Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon‐IRCELYON‐UMR 5256, CNRS Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne 69626 France
Jean‐Marc Chovelon
Univ Lyon, Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon‐IRCELYON‐UMR 5256, CNRS Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne 69626 France
Corinne Ferronato
Univ Lyon, Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon‐IRCELYON‐UMR 5256, CNRS Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne 69626 France
Chantal Guillard
Univ Lyon, Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon‐IRCELYON‐UMR 5256, CNRS Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne 69626 France
Eric Puzenat
Univ Lyon, Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon‐IRCELYON‐UMR 5256, CNRS Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne 69626 France
Nicolas Crespo‐Monteiro
Univ Lyon Laboratoire Hubert Curien UMR 5516 CNRS Saint‐Étienne 42000 France
Stephanie Reynaud
Univ Lyon Laboratoire Hubert Curien UMR 5516 CNRS Saint‐Étienne 42000 France
Yves Jourlin
Univ Lyon Laboratoire Hubert Curien UMR 5516 CNRS Saint‐Étienne 42000 France
Matthieu Bugnet
Univ Lyon, MATEIS UMR 5510 CNRS Université Claude Bernard Lyon 1, INSA Lyon Villeurbanne 69621 France
Christian Seassal
Univ Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CPE Lyon, INL, UMR5270 Ecully 69130 France
Abstract Photocatalysis using semiconductor materials like titania (TiO2) is a key method for environmental purification or solar fuel generation. Nanostructures that maximize incident light absorption are highly desired to enhance depollution rate or solar‐to‐fuel conversion efficiency in limited volumes of catalysts. Here, we report on structural and optical properties of metasurfaces based on a 20 nm thick anatase layer conformally deposited onto a wavelength‐scale two‐dimensional periodic photonic lattice. We investigate the NO degradation using such metasurfaces, and evaluate the impact of the patterning on photocatalytic activities between 340 and 400 nm. In the 380–385 nm range, the mean photochemical efficiency is increased by a factor up to 5.7 compared to flat references, with an overall three‐fold enhancement within the whole spectral range of interest. This approach can be applied to numerous types of systems by varying active materials, leading to substantial improvements in air/water depollution, water splitting or artificial photosynthesis processes.