Analyse d’interface et développement des hétérostructures de BiVO4 et CuFeO2 pour le craquage photochimique de l’eau

Interface analysis and development of BiVO4 and CuFeO2 heterostructures for photochemical water splitting

• Auteur / Autrice : Yannick Hermans
• Direction : Thierry Toupance, Wolfram Jaegermann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance le 06/05/2019
• 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 : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Cassaignon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Toupance, Wolfram Jaegermann, Sophie Cassaignon, Didier Robert, Ulrike Kramm, Rudi Cloots, Anke Weidenkaff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Cassaignon, Didier Robert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Craquage photoélectrochimique de l'eau

Spectroscopie de photoélectrons

Delafossite

Chimie des surfaces

Anisotropie

Hétérostructures

Vanadate de bismuth

Mots clés libres

Craquage de l’eau

Anisotropie

BiVO4

CuFeO2

Spectroscopie de photoélectrons

Expérience d’interface

Photodéposition

Alignement des bandes

Water splitting

Anisotropy

BiVO4

CuFeO2

Photoelectron spectroscopy

Interface experiment

Photodeposition

Band alignment

Résumé

Le craquage photo(électro)chimique (PEC) de l’eau par l’énergie solaire est considéré comme une méthode prometteuse de production renouvelable d’hydrogène. Dans ce travail, des hétérostructures à base de BiVO4 et CuFeO2 ont été choisis pour effectuer la réaction d’oxydation et de réduction de l’eau, respectivement. Cependant, les avantages exacts des hétérostructures n’ayant pas encore été complètement élucidés. Ce travail a eu pour objectif d’examiner les propriétés de certaines hétérojonctions à base de BiVO4 et de CuFeO2 par des expériences d’interface. Dans ce but, un certain matériau a été pulvérisé sur un substrat de BiVO4ou de CuFeO2 et des mesures de spectroscopie de photoélectrons ont été effectuées à chaque étape du dépôt. Nous avons ainsi pu interpréter l’alignement des bandes entre le substrat et le matériau pulvérisé, et déterminer l’accordabilité du niveau de Fermi pour les absorbeurs étudiés.Par ailleurs, des hétérostructures à base de particules de CuFeO2 et de BiVO4 anisotropes ont été élaborées par photodéposition. Les performances de ces poudres dans des expériences de craquage photochimique de l’eau ont ensuite été déterminées.

Solar photo(electro)chemical (PEC) water splitting is regarded as a promising ways of renewable hydrogen production. In this work, heterostructures based on BiVO4 and CuFeO2were chosen to perform the water oxidation and water reduction reaction, respectively. However, the exact benefits of the contact materials in these heterostructures have not yet been completelyelucidated. Hence, we opted in this work to investigate the junction properties of certainBiVO4 and CuFeO2 based heterostructures through so called interface experiments, where by a certain contact material was step wise sputtered on to a BiVO4 or CuFeO2 substrate, performing photoelectron spectroscopy measurements in between each deposition step. In this way we could interpret the band alignment between the substrate and the contact material, as well as determine the Fermi level tunability for the studied photoabsorbers. In parallel, new anisotropic CuFeO2and BiVO4 based heterostructured powders were created through photodeposition. These powders were tested as well for their performance in photochemical water splitting.