Revêtements nano-composites nanofils de ZnO/nanoparticules destinés à l'éclairage à LEDs et à la photocatalyse

Nanocomposite nanowire/nanoparticle coatingsfor LED lighting and photocatalytic applications

• Auteur / Autrice : Nehed Amara
• Direction : Audrey Potdevin-Caumond, Michel Langlet, Jamel Bouaziz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020) en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamel Bouaziz, Geneviève Chadeyron, Mohamed Dammak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Géraldine Dantelle, Radhouane Chtourou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photocatalyse

Diodes électroluminescentes

Nanofils

Mots clés libres

Nanofils de ZnO

TiO2

Revêtements fonctionnels

Éclairage à LEDs

YAG :Ce

Structuration de surface

Activité photocatalytique

ZnO nanowires

TiO2

Functional coatings

LEDs lighting

Phosphors photocatalytic activity

Résumé

Dans ce travail de thèse, nous avons mis à profit les spécificités de nanofils (NFs) de ZnO (surface spécifique, facteur de forme…) pour réaliser des revêtements nanocomposites Y3Al5O12 :Ce (YAG :Ce)/NFs ZnO et TiO2/NFs ZnO présentant des propriétés respectivement optiques et photocatalytiques améliorées par rapport à celles des matrices YAG :Ce et TiO2 seules.Ces NFs de ZnO ont été synthétisés selon un protocole optimisé par voie hydrothermale sous forme de revêtements pleine plaque ou sous forme de réseaux micrométriques auto-organisés obtenus par photogravure. Par ailleurs, des protocoles soit de synthèse, soit de broyage, ont permis d’élaborer des suspensions de nanoparticules (NPs) de TiO2 dopées ou non par les ions Ag+ et Fe3+ et de YAG :Ce afin de les coupler avec les NFs de ZnO.Les mesures photocatalytiques réalisées sur les composites TiO2/ZnO ont mis en évidence la synergie entre les deux photocatalyseurs ZnO et TiO2 puisqu’on aboutit à une nette amélioration de la décomposition photocatalytique du bleu de méthylène en milieu basique comparée à celle obtenue pour ZnO ou TiO2 seuls. L’association NFs ZnO/YAG :Ce conduit quant à elle à des propriétés de luminescence améliorées par rapport au YAG :Ce seul, que ce soit en termes de profil spectral ou d’intensité d’émission, sous excitation bleue ou UV, ce qui permet d’envisager de nouvelles orientations applicatives dans le domaine de l’éclairage à LED.

In this work, the peculiar features (high specific surface, aspect ratio…) of ZnO nanowires (NWs) have been exploited to elaborate nanocomposite coatings combining them either with YAG:Ce or with TiO2. These composites exhibit improved optical or photocatalytic properties respectively compared to the neat YAG:Ce or TiO2 compounds. Via an optimized hydrothermal method, NWs have been synthesized as coatings on the full substrate or photoetched micrometric diffracting gratings. Besides, synthesis or grinding processes have led to suspensions/solutions made of undoped or Ag+/Fe3+-doped TiO2 nanoparticles on one hand and YAG:Ce on the other hand, in order to perform the composites.Photocatalytic measurements carried out on TiO2/ZnO composites have highlighted the synergy between the two photocatalysts ZnO and TiO2 since a significant improvement of the photocatalytic decomposition of methylene blue in basic medium in comparison with that obtained for TiO2 and ZnO alone has been observed. Meanwhile, the association ZnO/YAG:Ce provides enhanced photoluminescence properties when compared with those of YAG:Ce alone, whether it is in terms of spectral profile or emission intensity, which allows foreseeing new applicative directions in the field of LED-based lighting.