Films mesoporeux photocatalytiques de tio2 non dope et dope par differents metaux : elaboration, caracterisation et etude des proprietes photocatalytiques

Non-doped and metal-doped photocatalytic tio2 mesoporous thin films : elaboration, characterisation and photocatalytic properties

• Auteur / Autrice : Sanaa Semlali
• Direction : Thierry Pigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 19/12/2013
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement ultraviolet

Lumière

Semiconducteurs -- Dopage

Matériaux poreux

Oxyde de titane

Photocatalyse

Mots clés libres

Photocatalyse

Dioxyde de titane

Films mésoporeux

Dopage

Visible

Photocatalysis

Titanium dioxide

Mesoporous films

Doping

Visible

Résumé

L’objet de cette thèse est le développement et l’étude de la photoréactivité de TiO2, absorbant dans le visible et ayant des propriétés autonettoyantes et de dépollution de l’eau et de l‘air. Dans ce contexte, des films d’épaisseur controlée et mésostructurés de TiO2 non dopés et dopés par différents métaux (platine, vanadium et tungstène) , ont été synthétisés par voie sol-gel combinée au procédé d'auto-assemblage induit par évaporation. Les propriétés structurales et optiques ainsi que la composition chimique de la surface des films ont été caractérisées par de nombreuses techniques de caractérisation telles que DRX, GISAXS, TEM, MEB ellipsoporosimétrie, DRUV et XPS. Une étude complète des propriétés photocatalytiques des films à base de TiO2 aux interfaces solide-solide, solide-liquide et solide-gaz a été réalisée en utilisant respectivement les tests avec de l’acide stéarique, du bleu de méthylène et de l’acétone. Durant cette étude, nous avons montré qu’un contrôle adapté de l’épaisseur des films, de la nature et de la quantité du dopant peut améliorer l’activité photocatalytique jusqu’à un facteur de 16 par rapport à des films non dopés. Des tests préliminaires de piégeage chimiques des radicaux OH• par l’acide téréphtalique sous irradiation UV ont montré qu’il existait une bonne corrélation entre la photoréactivité et la génération des radicaux OH•.

The aim of this thesis is the development and study of photocatalytic properties of visible light photoactive mesoporous TiO2-based films to act as self-cleaning, and purification systems applied to air and water. Pure and doped mesoporous titania films with different metals as Pt, V and W were prepared by sol-gel method combined with evaporation induced self-assembly process at different thicknesses. Structural, optical properties and chemical composition of these films were characterized by XRD, GISAXS, TEM, SEM, ellipsoporosimetry , DRUV and XPS. In order to better characterize and compare the efficiency of these films at solid-solid, liquid-solid and air-solid interfaces, several tests were used: mineralization of stearic acid, photobleaching of methylene blue and photooxidation of acetone. In this study, it is shown how a suitable control of the film thickness, the nature and amount of the dopant can improve the photocatalytic activity up to a factor of 16 relative to un-doped films. Preliminary results on the OH• radicals production using terephtalic acid as a chemical probe showed good correlation between photoreactivity and generation of these radicals.