Conception de matériaux macroporeux de type opale inverse à des fins photocatalytiques dans le domaine du visible

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

Dans le cadre de la lutte contre la pollution due aux composés organiques volatils, de nombreuses techniques ont été développées. L’une des plus prometteuses est la photocatalyse. Cependant, elle présente deux inconvénients majeurs dans sa mise en œuvre. Le premier concerne la gamme d’activité du photocatalyseur qui est, dans la majorité des cas, limité à l’énergie provenant des rayons UV du soleil (< 5 % de l’énergie totale). La deuxième est l’absorption relativement faible de ces photons (< 20 %). Afin de remédier à ces problèmes, la solution envisagée a été le développement de matériaux capables d’absorber dans le domaine visible du spectre (réduction du band gap électronique par dopage, utilisation de semi-conducteurs atypiques) sous forme d’opale inverse (accroissement du temps de présence des photons). Dans cette thèse, trois matériaux ont été étudiés : le dioxyde de titane (dopé pour réduire le band gap électronique), l’oxyde de zinc et le vanadate de bismuth (déjà actif dans le visible). La première étape de ce travail a porté sur l’étude et la conception des moules opalins afin de mieux comprendre le lien entre les billes composant la structure opaline et les défauts induit par ces billes dans l’assemblage du cristal photonique. La mise en évidence des défauts intrinsèques liés à l’assemblage du moule permet d’expliquer la majorité des défauts structuraux observés dans les opales inverses. Le dopage des opales inverses à base de dioxyde de titane avait pour but de déplacer l’absorption lumineuse des matériaux vers le domaine visible du spectre solaire. L’usage de dopants cationiques s’est révélé peu efficace pour l’amélioration des propriétés photocatalytiques en opposition avec les études théoriques publiées dans la littérature. En particulier, le dopage au vanadium a modifié profondément les propriétés d’adsorption des matériaux, réduisant drastiquement la capacité du matériau à photooxyder les olécules testées. Le dopage au hafnium, jamais réalisé avant ces recherches, a permis de déplacer la gamme d’activité photocatalytique dans le domaine du visible au prix d’une réduction du nombre de site actifs au sein du matériau. En parallèle, l’étude du dopage anionique à l’azote a montré une grande capacité à exacerber l’activité photocatalytique des matériaux. Cette activité est fortement liée au type de dopage effectué et est donc fort dépendant de la méthode d’insertion des ions azotes au sein de la maille cristalline. La mise en lumière de ces résultats prouve la grande variation qu’il est possible d’obtenir avec le même ion dopant mais en jouant sur son incorporation au sein de la structure. Ces recherches ont ainsi mis en évidence la difficulté de prédiction des réponses photocatalytiques des matériaux étudiés sur la simple connaissance des ions en présence.
Date de réussite5 févr. 2016
langueFrançais
Institution diplomante
  • Université de Namur
SuperviseurCarmela Aprile (Président), Bao Lian Su (Promoteur), Benoit Heinrichs (Jury), Alexandru Vlad (Jury), Olivier Deparis (Jury) & Steve Lanners (Jury)

Keywords

  • cristaux photoniques
  • Photocatalyse
  • Dioxyde de titane
  • dopage
  • Sol gel
  • NISM

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Conception de matériaux macroporeux de type opale inverse à des fins photocatalytiques dans le domaine du visible
Van Der Schueren, B. (Auteur). 5 févr. 2016

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences