Thèse soutenue

Propriétés photo-électrochimiques de la brookite pour la photo-électrolyse de l’eau et comparaison aux autres phases de TiO2
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Auteur / Autrice : Antoine Deswaziere
Direction : Christel Laberty-RobertOlivier Durupthy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance le 13/11/2020
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
Jury : Président / Présidente : Hubert Perrot
Examinateurs / Examinatrices : Valérie Keller
Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Balland, Nathalie Herlin-Boime

Mots clés

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Résumé

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La photo-électrolyse de l’eau est une alternative prometteuse pour décarboner la production mondiale de dihydrogène à partir de matériaux abondants à la surface terrestre, peu chers et non-toxiques comme le TiO2. Parmi tous ses polymorphes, seules les phases de rutile et d’anatase ont été étudiées : les propriétés de la brookite sont moins connues. Ici, nous présentons une approche particulaire, consistant à synthétiser des particules de TiO2 de phase pure, de taille et de morphologie choisies, puis de mettre en forme une photoanode à la microstructure contrôlée à partir de ces « briques élémentaires ». Les nanoparticules des 3 polymorphes de TiO2 anatase, brookite et rutile ont été synthétisées puis déposées sur FTO par une technique de « dip-coating » et traitées thermiquement afin d’assurer un bon contact électronique. La phase de TiO2 brookite a d’abord été caractérisée ; en particulier, les propriétés influençant la microstructure de l’électrode comme la taille et la morphologie des nanoparticules mais aussi l’épaisseur et la porosité de l’électrode ont été étudiées et corrélées aux performances photo-électrochimiques. D’une façon intéressante, les faibles photocourants n’ont pas pu être expliqués par les recombinaisons des porteurs de charge aux interfaces « particule – particule » mais davantage dans le « bulk » de la particule elle-même. Ces propriétés de « bulk » ont alors été évaluées pour les trois polymorphes. Finalement, une hétérostructure anatase – rutile a été testée et a montré une augmentation des photocourants significative par rapport aux phases pures, qui a pu été attribuée à l’amélioration de la séparation et de la mobilité des porteurs de charge.