Incorporation of Semiconductors into Nanoporous Material Assembled as Thin Film

• Auteur / Autrice : Ka Lun Wong
• Direction : Svetlana Mintova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zéolites

Matériaux poreux

Nanoparticules

Clusters (chimie)

Nanocristaux semiconducteurs

Résumé

Les semi-conducteurs nanométriques (NSCs) sont des matériaux à haut potentiel pour diverses applications tels que l’optoélectronique, le photovoltaïque, et les capteurs chimiques. Dans cette étude, deux types de synthèses ont été développées pour la fabrication des NSCs dans des matériaux zéolitiques: une synthèse en une étape (OSS), et une synthèse par échange d’ion et irradiation (IEI). La méthode OSS permet de synthétiser directement des NSCs dans une zéolithe hydrophobe de silice pure de type MFI par co-condensation de précurseur de silice, de 3-mercaptopropyl-trimethoxysilane (MPTS), de précurseur métallique (Cd2+, Zn2+, Pb2+, Mo5+, Co2+) et de tetrapropylammonium hydroxyde (TPAOH). Pour la méthode IEI, le précurseur métallique est introduit dans les zéolithes des aluminosilicates (zéolithe du type LTL, FAU et MFI) par échange d’ion. La suspension de zéolithe, en présence de 2-mercaptoethanol, est irradiée avec différentes doses de rayon gamma pour favoriser la formation de métaux soufrés nanométriques. Les particules CdS, emprisonnées dans les canaux de la LTL, maintiennent leur taille dans la gamme sous-nanométrique. Tandis que dans les zéolithes du type FAU et MFI, 2 types de CdS sont formés. Les échantillons préparés par les approches OSS et IEI sont stables dans l’air et assemblés en films minces. Ainsi, une nouvelle voie de préparation de NSCs appliquée à la fabrication de capteur chimique, d’optoélectronique et de photovoltaïque est possible.

Nanosized semiconductors (NSCs) are potential materials for a variety of optoelectronic, solar photovoltaic and sensor devices. In this study, two main approaches for preparation of stable NSCs in zeolitic materials, namely the one-step synthesis (OSS) and the ion-exchange-irradiation (IEI) have been developed. The OSS approach involves direct synthesis of NSCs in hydrophobic pure silica MFI-type zeolite via co-condensation of silica source, 3-mercaptopropyl-trimethoxysilane (MPTS), metal precursor (Cd2+, Zn2+, Pb2+, Mo5+, Co2+) and tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH). For IEI approach, metal precursors were first introduced into the as-prepared aluminosilicate zeolites (LTL, FAU and MFI- type zeolites) by ion-exchange process. The ion-exchanged zeolite suspensions in the presence of 2-mercaptoethanol are irradiated with different doses of gamma ray to facilitate the formation of nanosized metal sulfides. The NSCs trapped in the LTL channels maintain their maximum particle size in the sub-nm range, while two different populations of clusters in FAU and MFI zeolites are formed. The NSCs samples prepared by both OSS and IEI approaches are stable in air and assembled into thin films. Thus, alternative routes for preparation of stable NSCs for fabrication of new sensing, optoelectronic and photovoltaic devices are disclosed.