Préparation, caractérisation des pérovskites. Application dans la production de l’hydrogène

Abstract

La photo-réduction de l'eau en hydrogène, sous irradiation visible, a été réalisée en utilisant des catalyseurs de type Perovskite, non toxiques,résistant à la photocorrosion et possédant des propriétés semi-conductrices. Une série de matériaux ayant pour formule LaMO3 avec M : Fe, Ni, Co et Mn, a été préparée par la méthode sol-gel en utilisant des nitrates La(NO3)3 et M(NO3)2 et l'acide propionique comme solvant. Les gels obtenus subissent un traitement thermique 800°C/8h pour obtenir la structure de perovskite. Les matériaux ainsi préparés ont été caractérisés par plusieurs techniques physico- chimiques pour déterminer leurspropriétés structurale, texturale, optique et électrochimique. Le test photocatalytique a été réalisé à 50°C, sous irradiation en utilisant un système à trois lampes LED. Le catalyseur LaMO3 est dispersé dans un électrolyte basique de pH ~12 (NaOH) ou un électrolyte neutre (Na2SO4). La production en hydrogène produit a été évaluée à l'aide d'un manomètre à eau. Les effets de la masse et de la stabilité du photocatalyseur, pH de l'électrolyte, capteur de trous (S2O32- et SO32-) sur la production de H2 ont été examinés. La DRX a montré pour les différents solides LaMO3, la formation d'une phase pérovskite avec une symétrie cubique et différents groupes spatiaux dépendant de la nature de l'élément de transition M. L'analyse spectroscopique FT-IR montre différents modes de vibration d'élongation métal- oxygène M-O et La-O-M. La composition chimique des pérovskites déterminée par spectroscopie de fluorescence X a montréque les rapports molaires La/M expérimentaux déduits des rapports massiques La/M sont équivalents avec ceux obtenus théoriquement avec La/M=1 excepté pour le nickel où le rapport est de 0.97 et l'analyse par EDX a confirmédans les couches supérieures du matériau,la présence des éléments constituant le solide préparé.Les images MEB deLaMO3, affichent des morphologies différentes qui sont sensibles à la nature de l'élément de transition M. Parmi les matériaux perovskites étudiés, le profil voltampérométrie cyclique de LaFeO3 montre un pic de réduction à ~ 0.5 V associé au couple Fe3+/Fe2+, caractéristique d'un système irréversible. La stabilité du photocatalyseur a été démontrée et le potentiel de corrosion déterminé est de -70 mV. Le potentiel de bande plate (Efb) déterminé est de 0,15 V indiquant un comportement du photocatalyseur de type n avec des électrons comme porteurs majoritaires. Les potentiels/énergies des bandes de valence (BV) et de conduction (BC) déterminés sont (-0.5 V/4,25 eV) et (- 1.1 V/3,65 eV), respectivement et l'énergie du gap de 2,18 eV. La réduction de l'eau réalisée dans une solution basique (NaOH) sous illumination en présence de LaFeO3 a conduit au taux le plus élevé en hydrogène avec le piégeur de trous S2O32- avec 99 contre 49 nH2 (gcat)-1avec le piégeur de trous SO32- , après 20min de test. L'efficacité de ce matériau dans la production d'hydrogène pourrait être liée probablement à sa structure.