Science de surface et propriétés chimiques d'hétérostructures NiO/TiO2 monocristallin

Surface science and chemical studies of NiO/single crystal TiO2 heterostructure photocatalysts

• Auteur / Autrice : Shun Kashiwaya
• Direction : Thierry Toupance, Wolfram Jaegermann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 27/11/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Technische Universität (Darmstadt, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chimie Moléculaire et Matériaux (C2M)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Christina Trautmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Toupance, Wolfram Jaegermann, Christina Trautmann, Valérie Keller, Olivier Durupthy, Martin Muhler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Keller, Olivier Durupthy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanocristaux

Hétérostructures

Photocatalyse

Oxyde de titane

Mots clés libres

Photocatalyseur

TiO2

Hétérostructure

Photocatalyst

TiO2

Heterostructure

Résumé

Les photocatalyseurs à base de TiO2 ont été l’objet d’une grande attention comme une méthode durable de purification de l’air ou de l’eau, et de production d’hydrogène par décomposition de l’eau. Une stratégie avantageuse consiste à développer des héterostructures par couplage avec un autre oxyde métallique former une jonction de type Schottky ou avec un autre oxyde métallique pour créer une jonction p-n à l’interface de manière à prévenir les recombinaisons via une séparation de charge « vectorielle » à ces jonctions. De plus, les facettes cristallines jouent un rôle crucial dans le piégeage des porteurs de charge et, donc,dans les réactions rédox photoactivées. Ainsi, le dépôt sélectif de métal ou d’oxyde métallique sur des facettes spécifiques de nanocristaux de TiO2 devrait augmenter l’activité photocatalytique par l’amélioration de la séparation des charges. Dans ce travail, nous avons combiné l’emploi du cocatalyseur de type p NiO pour former des jonctions p-n avec son dépôt sélectif sur des nanocristaux de TiO2 anatase exposant des facettes bien définies. Par ailleurs, des expériences modèles de physique de surface ont été menées pour étudier les propriétés électroniques de ces hétérojonctions.

TiO2 photocatalysts have attracted attention as a sustainable method for water/air purification and hydrogen production by water splitting. An advantageous strategy is the development of heterostructures by coupling metal oxides to create a p-n junction at their interface in order to prevent there combination by vectorial charge carrier separation at these energy junctions. In addition, crystal facets play a decisive role in the trapping of charge carriers and thus photocatalytic redox reactions. Thus, selective deposition of metal or metal oxides onto specific facets would enhance the photocatalytic activity by improving charge separation. In this work, we have combined the usage of p-type NiO co-catalyst to form p-n junction with its selective deposition onto the specific facet of oriented TiO2nanocrystal photocatalysts. Furthermore, the physical model experiments have been performed to investigate the electronic properties of these heterojunctions.