Préparation et étude d’oxydes métalliques pour des applications en photoélectrochimie

Preparation and study of metal oxides for photoelectrochemical applications

• Auteur / Autrice : Hiba Saada
• Direction : Gabriel Loget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique chimie théorique
• Date : Soutenance le 21/11/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électroluminescence

Oxydes métalliques

Vanadate de bismuth

Photoélectrochimie

Mots clés libres

Photoélectrochimie

Vanadate de bismuth

Oxydation de l’eau

Combustibles solaires

Hématite

Peroxyde d'hydrogène

Détection photoélectrochimique

Électrochimiluminescence

Photoelectrochemistry

Bismuth vanadate

Water oxidation

Solar fuels

Hematite

Hydrogen peroxide

Photoelectrochemical detection

Electrochemiluminescence

Résumé

Cette thèse de doctorat porte sur la préparation et l’étude d’oxydes semi‐ conducteurs et de leurs applications dans des cellules photoélectrochimiques. Nous avons étudié en particulier le vanadate de bismuth BiVO₄ pour la photooxydation de l’eau et la photoélectrochimiluminescence et l’oxyde de fer α-Fe₂O₃ -Fe2O3 pour la détection du H₂O₂. Nous proposons une nouvelle méthode de fabrication de BiVO₄ par électrodéposition du bismuth en milieu basique. Nous avons aussi montré que le revêtement de cette surface par une couche amorphe catalytique de FeOx permet d’améliorer considérablement la performance de cette photoanode pour l’oxydation de l’eau. De même, nous avons rapporté une méthode simple pour le dépôt de couches d'hématite sur du FTO et l’utilisation de ces surfaces pour la détection photoélectrochimique du H₂O₂. Ce système est robuste et permet de détecter expérimentalement du H₂O₂ à des concentrations sous‐micromolaires. Finalement, dans ce travail, le BiVO₄ a été utilisé pour la première fois pour l’électrochimiluminescence. Pour cela, nous avons étudié la luminescence d’un dérivé du luminol à des photoanodes BiVO₄ ce qui a permis de mettre en évidence la possibilité de contrôler son intensité.

This doctoral thesis focuses on the preparation and study of semiconductor oxides and their applications in photoelectrochemical cells. In particular, we studied bismuth vanadate BiVO₄ for water photooxidation and photoelectrochemiluminescence and iron oxide α-Fe₂O₃ for the detection of H₂O₂. We propose a new method for manufacturing BiVO₄ by electrodeposition of bismuth in a basic medium. We have also shown that coating this surface with a catalytic amorphous layer of FeO x improves the performance of this photoanode for water oxidation. Likewise, we have reported a simple method for the deposition of hematite layers on FTO and the use of these surfaces for the photoelectrochemical detection of H₂O₂. This system is robust and allows to experimentally detect H₂O₂ at sub‐micromolar concentrations. Finally, in this work, BiVO₄ was used for the first time for electrochemiluminescence. To do that, we studied the luminescence of a luminol derivative at BiVO₄ photoanodes, which allows to finely control the intensity of the luminescence.