Consulter le texte intégral de la thèse - Université de Poitiers

Résumé
Ce présent mémoire a porté sur l’étude et la caractérisation des couches minces de quelques
photocatalyseurs non dopés et dopés à l’azote et ou avec le fluor ou le soufre. Les qualités
photocatalytiques de l’oxyde de titane sont limitées par sa large bande interdite de 3,2 eV. Le
dopage vise une plus grande sensibilisation du matériau obtenu. Il a été réalisé par la méthode
hydrothermale en ce qui concerne le dioxyde de titane (P25) (TiO2 et TiO2-N). Le dioxyde de
titane a été également synthétisé par la méthode sol gel. Le dopage à l’azote a été réalisé dans
les deux cas en utilisant le chlorure d’ammonium comme précurseur d’azote. La synthèse par
précipitation d’autres photocatalyseurs (TiOxNyFz) a été également réalisée. Les couches
minces sont préparées par la technique d’électrophorèse ou par la technique « doctor blade ».
L’analyse par DRX indique que la phase anatase est dominante. La spectroscopie UV-Visible
et la spectroscopie d’action montrent une plus importante sensibilisation des matériaux dopés
pouvant absorber jusqu’aux environs de 500 nm. L’analyse thermogravimétrique montre une
stabilité induite due à la présence de l’azote dans les photocatalyseurs sol gel et la
spectroscopie infrarouge indique l’existence de l’azote par la bande de vibration N-H ou N-O à
1431 cm -1 . La voltampérométrie et la chronoampérométrie ont été utilisées pour mettre en
évidence la photoactivité de ces matériaux. L’augmentation du taux de dopage entraine une
diminution du photocourant. Le mécanisme par lequel le dopage induit une sensibilisation dans
le domaine visible a été étudié via la spectroscopie d’impédance électrochimique et la variation
du potentiel de circuit ouvert sous illumination. Le potentiel de bande plate et la densité de
donneurs sont calculés. Le dopage induit un déplacement positif du potentiel de bande plate et
une augmentation des densités de donneurs majoritaires. Ainsi, les impuretés créeraient des
niveaux énergétiques au dessus de la bande de valence et ces états énergétiques sont
responsables de l’absorption des photons de plus faible énergie que 3,2 eV. Cependant ces états
énergétiques introduits par les impuretés agissent aussi comme des centres de recombinaison et
diminuent le photocourant.
La photoactivité de TiO2 (P25), TiO2-N (P25), TiO2 sol gel et de TiO2-xNx-1 sol gel
(TiO1,86N0,14) déposés sur acier inoxydable 304L a été étudiée pour la photodégradation des
colorants Reactive Black 5 et Reactive Orange 16 dans un réacteur de laboratoire. Sous la
lumière UV, les couches de TiO2 (P25) et TiO2-N (P25) d’une part, de TiO2 sol gel et
TiO2-xNx-1 sol gel d’autre part, ont des activités similaires. Cependant, dans le domaine visible,
les photocatalyseurs dopés permettent mieux une décoloration des colorants et ce
4