Élaboration de matériaux macroporeux de type opale inverse à base de vanadate de bismuth à des fins photocatalytiques dans le domaine du visible

Résumé

La photocatalyse est une des technologies utilisées afin de réduire la pollution due aux composés organiques volatils (COV), comme le benzène, sur l’environnement et sur la santé de l’Homme. Différents semi-conducteurs, comme le dioxyde de titane (TiO2), ont été utilisés comme photocatalyseur et dégradent les COV grâce à des réactions d’oxydo-réduction, créant des paires électron-trou (exciton) et des radicaux OH ̇. L’activation du matériau est accomplie par l’absorption d’un photon dont l’énergie est égale ou supérieure au band gap électronique (BGE) du semi- conducteur. Ces matériaux sont efficaces mais malheureusement possèdent deux limitations : l’activation nécessite souvent l’énergie ultraviolette (UV) de la lumière du spectre solaire (faible rendement, inférieur à 5 %) et la lumière absorbée et utilisée par le matériau est inférieure à 20 %.
Dans le but de déplacer le BGE dans le domaine du visible, le vanadate de bismuth (BiVO4), un semi-conducteur absorbant à 500 nm est utilisé pour exploiter 50 % de l’énergie lumineuse. Pour augmenter l’efficacité, le temps de présence du photon dans le matériau est augmenté avec le concept du photon lent. Ce phénomène physique apparait dans les cristaux photoniques (CP) définit comme étant des matériaux hautement ordonnés avec une variation périodique de l’indice de réfraction, n, suivant 1, 2 ou 3 dimensions. Les CP affectent la propagation de la lumière en réfléchissant certaines longueurs d’ondes. Une bande interdite photonique est créée. L’interaction entre les ondes incidentes et celles réfléchies entraîne une onde stationnaire avec une vitesse de groupe (vg) diminuée. Par conséquent, le temps de présence du photon dans la structure augmente et la probabilité de former un exciton aussi. Les cristaux photoniques sont présents dans la nature : le papillon Morpho avec une structure lamellaire, le scarabée Methamis ou aussi les opales avec une structure sphérique compacte, très aisée à reproduire en laboratoire.
L’objectif de ce travail est de synthétiser une opale inverse à 3 dimensions en vanadate de bismuth qui serait active par la lumière visible, dans le but de dégrader les COV. La morphologie, la composition, la cristallinité et au final l’activité photocatalytique seront analysées.

la date de réponse	janv. 2015
langue originale	Français
L'institution diplômante	Universite de Namur
Superviseur	BAO LIAN SU (Promoteur)