Photoelectrocatalysis (PEC) technology has emerged in the last few decades as an environmentally friendly technology with potentially improved performances with respect to conventional electrocatalysis (EC) and photocatalysis (PC). The combination of both light irradiation and electrochemical methods, together with different modification procedures of photocatalysts, can drastically improve the overall catalytic efficiency. This review article aims to provide an overview of the current state and future trends of PEC technology from different points of view including reactor configurations, materials and potential applications. A special emphasis is placed on the different types of material used in PEC and possible strategies for their upgrading, dealing with their morphology and/or composition modification. Indeed, in PC or PEC, the proper combination of photoactive and catalytic materials is one of the key features. On the other hand, we also highlight the different PEC processes that, from our point of view, are of special energy or environmental interest, including anodic reactions like oxygen evolution, hydrogen peroxide generation, organic molecule mineralization or selective oxidation, and cathodic reactions like hydrogen evolution, CO₂ reduction or N₂ fixation. Indeed, apart from water splitting, other interesting approaches are emerging by combining some of the above half-reactions, like artificial photosynthesis and the co-generation of H₂, and value-added chemicals from biomass valorization. We discuss the current state of each approach and the necessary progress for their further technological development.

Indoor toxic volatile organic compounds (VOCs) pollution is a serious threat to people’s health and toluene is a typical representative. In this study, we developed a composite photocatalyst of carbon nitride quantum dots (CNQDs) in situ-doped TiO₂ inverse opal TiO₂ IO for efficient degradation of toluene. The catalyst was fabricated using a sol-gel method with colloidal photonic crystals as the template. The as-prepared catalyst exhibited excellent photocatalytic performance for degradation of toluene. After 6 h of simulated sunlight irradiation, 93% of toluene can be converted into non-toxic products CO₂ and H₂O, while only 37% of toluene is degraded over commercial P25 in the same condition. This greatly enhanced photocatalytic activity results from two aspects: (i) the inverse opal structure enhances the light harvesting while providing adequate surface area for effective oxidation reactions; (ii) the incorporation of CNQDs in the framework of TiO₂ increases visible light absorption and promotes the separation of photo-generated charges. Collectively, highly efficient photocatalytic degradation of toluene has been achieved. In addition, it can be expanded to efficient degradation of organic pollutants in liquid phase such as phenol and Rhodamine B. This study provides a green, energy saving solution for indoor toxic VOCs removal as well as for the treatment of organic wastewater.

Valorisation photo- ou photoélectro-catalytique du glycérol et production simultanée d'hydrogène: La valorisation du glycérol en produits à haute valeur ajoutée par photocatalyse (PC) ou photoélectrocatalyse (PEC) peut répondre aux besoins mondiaux de faible émission carbonée pour la protection de l’environnement, et d'économie d'énergie. En outre, l'application du PEC qui utilise la technologie de l'électrochimie pour séparer davantage les charges photo-générées est apparue comme une voie prometteuse pour la conversion de la biomasse avec la production simultanée d'hydrogène. Cependant, très peu d'études PEC ont abouti à la production sélective de produits d'oxydation à valeur ajoutée tels que le glycéraldéhyde ou la dihydroxyacétone (DHA), en particulier dans des conditions presque neutres. De plus, la plupart des études réalisées dans des cellules à 3 électrodes ne se sont concentrées que sur l'une des demi-réactions, en utilisant des anodes contenant des métaux nobles, ou des milieux fortement acides ou basiques, ce qui entraîne un manque d'efficacité globale et de séparation chimique. Dans cette étude, nous avons proposé, pour la toute première fois, d'effectuer systématiquement l'oxydation PC ou PEC du glycérol vers des produits à valeur ajoutée avec des matériaux à base de WO3. Dans la partie I, le WO3 « fait maison » et le WO3/TiO2 commercial (DTW5) ont été comparés à des photocatalyseurs à base de TiO2 (Anatase, Rutile et P25) sur leurs performances de valorisation du glycérol par PC. Nous avons constaté que TiO2 favorisait la minéralisation du glycérol en un produit gazeux indésirable: CO2, tandis que les matériaux à base de WO3 présentent une sélectivité exceptionnelle vis-à-vis de l'un des produits d'oxydation les plus précieux : le glycéraldéhyde. Cela a été attribué à leur acidité accrue, qui active sélectivement les liaisons C-O dans le glycérol et facilite la désorption ultérieure du glycéraldéhyde en phase liquide. En raison de la bonne cristallinité et des propriétés électroniques, le DTW5 commercial possède une cinétique supérieure et une sélectivité importante en glycéraldéhyde. Dans la partie II, un catalyseur WO3 conçu avec des défauts monocliniques a été synthétisé par une méthode hydrothermale simple et une post-calcination, et a été évalué pour l'oxydation sélective du glycérol par PEC pour la génération de produits de type C3 dans une cellule à 3 électrodes et dans des conditions naturelles. La sélectivité conjointe du glycéraldéhyde et de la DHA, parmi tous les produits liquides, est restée supérieure à 87 % dans une plage de potentiel de 0,5 à 2,0 V par rapport à une électrode de référence Hydrogène. De plus, par comparaison avec DTW5, l'influence du potentiel appliqué et de l'activité du catalyseur pour l'oxydation de l'eau dans le mécanisme de réaction du glycérol sont discutés, ainsi que le rôle clé de la teneur en oxyde de tungstène sous-stoechiométrique et des lacunes d'oxygène du catalyseur correspondantes, ainsi que des sites acides adaptés, qui ensemble confèrent des propriétés inédites aux matériaux à base de WO3 pour la valorisation PEC sélective du glycérol. Dans la partie III, une cellule PEC pionnière à double compartiment avec une membrane échangeuse de protons (PEM) et une photoanode WO3 a été mise en œuvre dans des conditions quasi neutres pour tenter de résoudre tous les verrous scientifiques mentionnés dans les études avec cellule PEC traditionnelle à la fois pour la valorisation PEC du glycérol en hydrogène et composés organiques à valeur ajoutée. L'influence de l'irradiation lumineuse, de la polarisation externe et de la température de la cellule ont été étudiées, conduisant à des taux de production maximaux de glycéraldéhyde et de DHA de 11,1 et 5,2 mmol m-2 h-1 à 60 ºC et 1,2 V du côté anodique, ainsi qu'à la production de 44,0 mmol H2 m-2 h-1 du côté cathodique. La PEC s'est avérée être prometteuse, ouvrant des perspectives importantes pour le développement de procédés de valorisation de la biomasse avec génération simultanée d'H2.