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Synthèse et caractérisation de nano-cristallites de TiO à basse température : stabilisation de solutions colloïdales et dépôts par voie chimique
Parmi les propriétés physico-chimiques des oxydes de titane, la photoactivité est sans doute la plus attractive en raison de ses nombreuses applications dans le domaine de la protection de l environnement : purification de l air et décontamination de l eau, photo-électrolyse de l eau, photo-superhyd...
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|---|---|
| Collectivités auteurs : | , , |
| Autres auteurs : | , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | français |
| Titre complet : | Synthèse et caractérisation de nano-cristallites de TiO à basse température : stabilisation de solutions colloïdales et dépôts par voie chimique / Chia-Erh Liu; sous la direction de Luc Brohan; encadrante Mireille Richard-Plouet |
| Publié : |
[S.l.] :
[s.n.]
, 2008 |
| Description matérielle : | 1 vol. (249 f.) |
| Note de thèse : | Thèse doctorat : Sciences des matériaux. Chimie du solide : Nantes : 2008 |
| Disponibilité : | Publication autorisée par le jury |
| Sujets : |
| LEADER | 05492cam a2200409 4500 | ||
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| 328 | |b Thèse doctorat |c Sciences des matériaux. Chimie du solide |e Nantes |d 2008 | ||
| 330 | |a Parmi les propriétés physico-chimiques des oxydes de titane, la photoactivité est sans doute la plus attractive en raison de ses nombreuses applications dans le domaine de la protection de l environnement : purification de l air et décontamination de l eau, photo-électrolyse de l eau, photo-superhydrophilicité et production d énergie avec le photovoltaïque. La mise en œuvre de ce matériau dans les cellules photovolta ̈ques de IIIème génération nécessite la réalisation d un film mince et dense de TiO2 permettant d éviter les court-circuits, surmonté d un dépôt nanostructuré et poreux afin d optimiser la collecte des porteurs de charge photogénérés, dans un gel photosensible à base d oxyde de titane. Afin d obtenir ces deux dépôts qui possèdent les caractéristiques souhaitées, il importe de mieux comprendre les mécanismes de la polycondensation des oxydes de titane à l échelle atomique et de caractériser leurs propriétés; ensuite, il faut préparer des suspensions stables pour réaliser les dépôts par voie humide. Les études précédemment menées au sein de l Institut des Matériaux Jean Rouxel, ont permis de synthétiser différentes variétés d oxyde de titane par l hydrolyse du précurseur [Ti8O12(H2O)24]Cl8.HCl.7H2O en présence de l hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAOH) en milieu aqueux, dans des conditions thermiques douces(<=120C̊) en ajustant le rapport de Ti/TMAOH donc le pH. Pour un rapport R = Ti/OH = 0.47, la structure lamellaire (TMA)2Ti2O4(OH)2 obtenue est caractérisée principalement par diffraction des rayons X et MET. Si la détermination de la structure n a pas pu être complètement résolue, la modélisation par DFT a permis de confirmer un jeu de paramètres de maille dont la validité a été, par la suite, confirmée par affinement du diagramme de diffraction des rayons X. Par ailleurs, les distances interfeuillets ont été modulées par ajout de surfactants qui peuvent être photo-dégradés sous irradiation UV et conduire à des dépôts de TiO2 présentant une morphologie poreuse. Les rapports R = 0.6 et R = 0.8 permettent sélectivement de synthétiser à T<100C̊, des nanocristallites d oxydes de titane de structure brookite et anatase, respectivement. Leurs formules sont TiO1.89(CO3)0.05(OH)0.13(H2O)0.02 pour R = 0.6 et TiO1.88(CO3)0.03(OH)0.18(H2O)0.09 pour R = 0.8. Les carbonates adsorbés peuvent être liés au cation métallique sous deux formes : bidentate et monodentate La présence de ces groupements carbonates serait responsable des déformations du réseau observées par microscopie électronique sur les formes basse température de TiO2. Afin de vérifier l influence des carboxylates, l ajout d acide malonique a été effectué dans ce système pour R = Ti/OH = 0.4 et pH 8‾9. Les particules d anatase croissent préférentiellement selon [101] sous forme de bâtonnets. Les poudres avec R = 0.8 et R = 0.4 contenant l acide malonique s auto-arrangent en plaquettes denses et plates, de dimensions micrométriques. Les conditions de préparations de dépôts ont été étudiées : la stabilité des suspensions, les paramètres de trempage-retrait et tournette, le traitement de substrat SnO2/F. Un dépôt dense d anatase avec une épaisseur de 50/80 nm et un dépôt poreux non cristallisé ont été obtenus. Les recherches visant à améliorer l épaisseur des dépôts et la cristallinité sont en cours pour le développement de cellules photovoltaïques de IIIème génération | ||
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