Elaboration et caractérisation des oxydes ternaires - Application en photocatalyse

Abstract

Ce travail de thèse a pour objet la synthèse et la caractérisation de matériaux de type pérovskite (FeMnO3) et brownmillérite (Ca2Fe2O5 et Ca2Co2O5) en vue de les tester dans la réaction de la photo production d’hydrogène sous lumière visible. Les oxydes ternaires élaborés par la méthode sol-gel ont été caractérisés par différentes techniques d’analyse physico-chimiques telles que: ATG, DRX, IR-ATR, MEB/EDS et XPS ainsi que les caractérisations optiques et électrochimiques. Les résultats de l’analyse thermique effectuée par ATG ont permis de déterminer les températures optimales de formation des phases cristallines. La phase pure de différents échantillons est authentifiée par diffraction des rayons X. L’analyse infra rouge a révélé la présence des liaisons métal-oxygène M-O (M= Ca, Fe, Co, Mn), caractéristiques des oxydes synthétisés. Les résultats de la réflectance diffuse ont permis de déterminer la largeur des bandes interdites (gap optique : Eg) ainsi que la nature des transitions optiques pour chaque oxyde. La morphologie de la surface et la taille des grains de FeMnO3, Ca2Fe2O5 et Ca2Co2O5 ont été examinées par MEB et l’analyse EDS a permis de confirmer la présence des éléments constitutifs dans les proportions stœchiométriques de chaque phase. Les états d’oxydation des éléments calcium, fer, cobalt et manganèse ont été déterminés par XPS. Les courbes de polarisation (intensité-potentiel) tracées dans l’obscurité et sous illumination ont confirmé le type p ou n des semi-conducteurs synthétisés. Le potentiel de la bande plate (Vbp) a été déterminé à partir de la courbe de Mott-Schottky. Les caractérisations optiques et électrochimiques ont permis d’établir les diagrammes énergétiques correspondant à chacun. La position des bandes sur le diagramme énergétique montre que les électrons photoexcités peuvent réduire l’eau en hydrogène. Les différents paramètres influençant la photo activité ont été optimisés et les meilleures performances ont été obtenues en milieu basique (pH? 13). Les résultats obtenus au cours de cette étude ont mis en évidence l'efficacité photo-catalytique des oxydes synthétisés et leurs hétérojonctions en production de H2 sous lumière visible.