Nouveaux procédés de synthèse en milieu aqueux de quantum dots ternaires AgInS₂ (AIS) et quaternaires AgInS₂/ZnS (AIZS). Dopage de ces nanocristaux par Ni²⁺ ou Co²⁺. Application à la photocatalyse hétérogène

New methods for the synthesis in aqueous medium of ternary AgInS₂ (AIS) and quaternary AgInS₂ / ZnS (AIZS) quantum dots. Doping of these nanocrystals with Ni²⁺ or Co²⁺. Application to heterogeneous photocatalysis

• Auteur / Autrice : Maroua Mrad
• Direction : Raphaël Schneider, Tahar Ben Chaabane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 08/07/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Lavinia Maria Balan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Schneider, Tahar Ben Chaabane, Fabien Delpech, Ouassim Ghodbane, Hervé Rinnert, Lofti Ben Tahar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Delpech, Ouassim Ghodbane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photocatalyse

Propriétés optiques

Composés ternaires

Semiconducteurs -- Dopage

Nanocristaux semiconducteurs

Synthèse (chimie)

Points quantiques

Mots clés libres

Quantum dots

AgInS₂/ZnS

Dopage

Propriétés optiques

ZnO/AIZS

Photocatalyse

Quantum dots

AgInS₂/ZnS

Doping

Optical properties

ZnO/AIZS

Photocatalysis

Résumé

Les quantum dots (QDs) ont un fort potentiel pour la détection biologique, le photovoltaïque et la catalyse en raison de leurs propriétés photophysiques uniques. Les semiconducteurs les plus étudiés contiennent des métaux lourds comme le cadmium et le plomb et leurs domaines d’applications sont très limités. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé de nouveaux procédés de synthèse en milieu aqueux des QDs ternaires AgInSAgInS₂ et quaternaires AgInS₂/ZnS et avons étudié leur dopage par les cations Ni²⁺ et Co²⁺ afin de préparer des nanocristaux dotés de propriétés fluorescentes et magnétiques. Nous avons tout d’abord optimisé la synthèse des QDs AIZS en milieu aqueux en utilisant le 3-MPA comme ligand et avons produit des nanocristaux avec un rendement quantique de fluorescence de 65%. Puis, le dopage de ces nanocristaux par les cations Ni(+2) et Co(+2) a été étudié. Une chute du rendement quantique de fluorescence est observée après le dopage. Les meilleures propriétés magnétiques ont été observées à basse température (10 K) et les valeurs d'aimantation augmentent avec la concentration en dopant. Les QDs AIZS ont été associés aux nanotiges ZnO par hétérojonction pour former un bon photocatalyseur ZnO/AIZS(10%) qui dégrade 98% de l’Orange II en visible dans 90min sous intensité 40W/cm². Ce matériau est recyclable, vu que son activité photocatalytique ne baisse que légèrement après 8 cycles (91% de photodégradation).

Quantum dots (QDs) have high potential for biological detection, photovoltaics and catalysis due to their unique photophysical properties. The most studied semiconductors contain heavy metals such as cadmium and lead and their fields of application are very limited. As part of this thesis, we developed new aqueous synthesis processes for ternary QDs AgInS₂ and quaternary AgInS₂/ZnS and studied their doping by the Ni(+2) and Co(+2) cations to prepare nanocrystals with fluorescent and magnetic properties. We first optimized the synthesis of AIZS QDs in aqueous media using 3-MPA as ligand and produced nanocrystals with a fluorescence quantum yield of 65%. Then, the doping of these nanocrystals by cations Ni(2+) and Co(2+) was studied. A drop in quantum fluorescence efficiency is observed after doping. The best magnetic properties were observed at low temperature (10 K) and the magnetization values increase with the dopant concentration. The AIZS QDs have been associated with the ZnO nanorods by heterojunction to form a good photocatalyst ZnO/AIZS(10%) which degrades 98% of the Orange II in visible during 90 min under intensity 40 W/cm². This material can be reused, its photocatalytic activity only slightly decreases after 8 cycles (91% photodegradation).