Vers la réalisation d’un prototype de photo-batterie à base de sols-gels d’oxyde de titane photosensibles

par Gildas Guignard

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux. Chimie des solides

Sous la direction de Luc Brohan et de Mireille Richard-Plouet.

Le président du jury était Philippe Poizot.

Le jury était composé de Luc Brohan, Mireille Richard-Plouet, Philippe Poizot, Thierry Toupance, Valérie Keller, Thomas Cottineau.

Les rapporteurs étaient Thierry Toupance, Valérie Keller.


  • Résumé

    L’équipe CESES de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes développe depuis plusieurs années des sols-gels photosensibles. Ces matériaux hybrides sont obtenus à partir du mélange d’un précurseur inorganique de titane (TiOCl2●1,4HCl●7H2O) et un solvant organique (N,N-Diméthylformamide noté DMF). L’hydrolyse du DMF en présence d’HCl et d’H2O permet de contrôler la polycondensation du réseau à base d’oxy-chlorure de titane. L’originalité de ces matériaux repose sur leur capacité à se colorer en rouge ou en bleu-nuit sous illumination UV selon que l’atmosphère environnante est oxydante ou réductrice. Ces colorations résultent de l’insertion de niveau(x) d’énergie dans la bande interdite du semiconducteur, provenant de modifications de la composition chimique des complexes de titane et permettant l’absorption de photons d’énergie inférieure à la largeur de la bande interdite. L’objectif de ce travail de thèse est d’utiliser ces propriétés photoélectrochimiques originales afin de développer un prototype de photobatterie permettant de convertir et de stocker l’énergie solaire au sein du même matériau. Une membrane conductrice ionique et des électrodes à base de TiN ont été développées afin de concevoir le prototype final. Des études par spectrométrie de masse et par spectroscopies vibrationnelles ont été réalisées afin d’améliorer la compréhension globale du système. Les réactions photochimiques mises en jeu ont pu être quantifiées par dosages et absorption optique afin de proposer des voies d’optimisation des performances du dispositif.

  • Titre traduit

    Protype of photo-battery based on titanium complexes in photosensitive sols and gels


  • Résumé

    CESES group working in the « Institut des Matériaux Jean Rouxel » in Nantes, develop for several years photosensitive sols and gels. These hybrid materials are obtained by mixing an inorganic titanium precursor (TiOCl2●1,4HCl●7H2O) and an organic solvent (N,N-Dimethylformamide noted DMF). DMF hydrolysis with HCl and H2O allows controlling the titanium oxy-chloride framework. These new materials exhibit original properties, under UV illumination leading to blue or red colorations depending on the surrounding atmosphere. These colorations are due to the presence of intermediate band(s) that lie in the gap, resulting from modifications of the titanium clusters composition and allowing photon absorption with energies lower than the band-gap. The aim of this thesis is to use these original photo-electrochemical properties to develop a prototype of photobattery combining energy conversion and electrochemical storage. To set up the prototype, a solid state conductive membrane and TiN electrodes have been developed. Mass spectrometry and vibrational spectroscopy studies were carried out to complete our understanding of this system. Photochemical reactions were quantified by optical and analytical titrimetry to propose strategies to optimize the system performance.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (238 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 14 p.

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