Séparation de charges induite par la courbure dans des nanotubes d'aluminosilicate

Curvature induced charge separation in aluminosilicate nanotubes

• Auteur / Autrice : Marie-Claire Pignié
• Direction : Antoine Thill, Sophie Le Caër
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 18/01/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Lampre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magaly Tribet, François Rochet, Sophie Cassaignon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Magaly Tribet, François Rochet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imogolite

Chimie sous rayonnement

Spectroscopie de photoélectrons

Polarisation spontanée

Semiconducteurs à large bande interdite

Nanotubes

Mots clés libres

Imogolite

Nanotube

Séparation de charges

Radiolyse

XPS

Imogolite

Nanotube

Charge separation

Radiolysis

XPS

Résumé

Ce travail consiste en une étude exploratoire de l’imogolite pour des applications dans le domaine de la photocatalyse. Cette argile est un nanotube inorganique reporté comme présentant une polarisation de paroi qui lui permettrait de séparer les porteurs de charges photo-générées. Nous proposons une quantification de la différence de potentiel à travers la paroi grâce à des méthodes spectroscopiques. Ainsi, elle vaut 0,7 eV pour l’imogolite analogue au matériau naturel et 0,2 eV dans le cas de l’imogolite hybride, dont la cavité est rendue hydrophobe par fonctionnalisation. Le devenir des charges générées par irradiation a été étudié. L’électron est détecté après solvatation sur la surface externe par radiolyse pulsée. Le trou d’électrons se dirigerait donc vers la surface interne. Ce mouvement des porteurs de charges, dirigé par la polarisation, ouvre la voie à l’utilisation des imogolites comme nano-réacteurs avec des réactions différenciées sur ses surfaces interne et externe. La réactivité de l’imogolite a été caractérisée par la proposition de mécanismes réactionnels de radiolyse. La possibilité d’adsorber des molécules organiques dans la cavité hydrophobe de l’imogolite hybride nous a permis de mieux comprendre l’influence de l’encapsulation d’une espèce rédox, en utilisant le cas du ferrocène. Des faisceaux d’indices tendent à montrer l’existence d’un transfert de charges entre ce composé et la paroi de l’imogolite. De plus, l’encapsulation diminuerait son potentiel apparent. La polarisation de la paroi permettrait ainsi de le rendre moins oxydant.

This work consists of an exploratory study of imogolites for photocatalytic applications. This clay is an inorganic nanotube reported to exhibit a wall polarization that would allow the separation of photogenerated charge carriers. We offer a quantification of the potential difference across the wall using spectroscopic methods. Its value is worth 0.7 eV for the imogolite analogous to the natural material and 0.2 eV in the case of the hybrid imogolite, whose cavity is made hydrophobic by functionalization. The fate of charges generated by irradiation has been studied. The electron is detected after solvation on the external surface by pulsed radiolysis. The hole would thus be directed towards the internal surface. This movement of charge carriers, directed by the wall polarization, opens the way to the use of imogolites as nano-reactors with differentiated reactions at its internal and external surfaces. The reactivity of imogolite is characterized by the proposal of radiolysis reaction mechanisms. The hability to adsorb organic molecules in the hydrophobic cavity of the hybrid imogolite allowed us to better understand the influence of encapsulation of redox species, using ferrocene. Clusters of evidence tend to show the existence of a charge transfer between this compound and the imogolite wall. Moreover, the encapsulation would decrease its apparent potential. The polarization of the wall would thus make it less oxidizing.