Nanohybrides d'oxyde de zinc fonctionnalisés par des colorants organiques : synthèse, caractérisation et applications opto-électroniques

par Syed mujtaba Shah

Thèse de doctorat en Chimie organique, chimie du vivant

Sous la direction de Frédéric Fages et de Jörg Ackermann.

Soutenue le 11-06-2010

à Aix Marseille 2 , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences Chimiques (Marseille) .

Le président du jury était Teodor Silviu Baladan.

Le jury était composé de Frédéric Fages, Jörg Ackermann, Teodor Silviu Baladan, Jean-Luc Pozzo, Jean Weiss.

Les rapporteurs étaient Jean-Luc Pozzo, Jean Weiss.


  • Résumé

    La recherche présentée dans cette thèse traite de la synthèse, propriétés et applications optoélectroniques de matériaux nanohybrides basés sur le greffage d’une porphyrine donneur d’électron et d’un dérivé du fullerène sur des nanoparticules de ZnO.Ces molécules sont accrochées à la surface de l’oxyde métallique grâce à une fonction acide carboxylique. L'effet du rapport molaire porphyrine / fullerène, de la polarité du solvant et la forme des nanoparticules sur les propriétés optiques des nanohybrides ont été étudiés. Les interactions porphyrine / fullerène à l’échelle moléculaire apparaissent pour un rapport de 1:2 à l'état co-greffé sur des nanobâtonnets de ZnO. Cela est indiqué par le fort décalage bathochrome du pic de Soret des porphyrines et de l’extinction de sonémission de fluorescence. Toutefois, à cette valeur du rapport, le complexe de transfert de charge n'est pas détectable. La formation de ce complexe requiert à la fois les molécules donneur et accepteur d’électron d'être d’être maintenues à proximité, ce qui est réalisableen augmentant le rapport stoechiométrique à 1:3 et au-delà. Dans l’acétonitrile, une bande d’absorption de transfert de charge de faible intensité apparaît vers 700-800 nm, ainsi qu’une bande d'émission à 800 nm, caractérisant la complexation supramoléculaire à la surface de l’oxyde métallique. Lorsqu'ils sont utilisés pour la fabrication de la couche active dans une cellule solaire à hétérojonction hybride, les nanobâtonnets de ZnO fonctionnalisés montrent une efficacité de conversion lumineuse pour des valeurs faibles du rapport porphyrine / fullerène, mais l’augmentation du taux de fullerène tend à diminuer le rendement de conversion photovoltaïque. Cet effet a été relié à l’apparition de défauts morphologiques dans les films minces induite par l’agrégation des nanotubeslié au taux et rapport de greffage des molécules organiques.

  • Titre traduit

    Organic dye Functionalized Zinc oxide Nanohybrids : synthesis, Characterization and Opto-electronic Applications


  • Résumé

    The research presented in this dissertation deals with the synthesis, properties andoptoelectronic applications of the nanohybrids based on dye and fullerene functionalizedZnO nanoparticles. These molecules being acid functionalized, were co-grafted on thesurface of ZnO nanoparticles. The effect of changing ratio of donor to acceptor, polarityof the solvent and shapes of the nanoparticles on porphyrin/fullerene interaction werestudied. The molecules were found appreciably interacting at a ratio of 1:2 under the cograftedstate on ZnO nanorods. This was indicated by the strong bathochromic shift of thesoret peak of porphyrin and quenching of its fluorescence however, at this ratio chargetransfer complex is not detectable. The complex formation requires both the donors andacceptors to be enough close to each other to undergo Van der Waal’s type interactionwhich is achievable by raising the stoichiometric ratio to 1:3 and beyond. Weak CTabsorption (700-800 nm) and emission bands (800 nm) characterizing supramolecularcomplexation, were noticed only in polar solvent acetonitrile. When applied as acomponent of the active layer in bulk heterojunction hybrid solar cells, the dyefunctionalized ZnO nanoprods raised the efficiency of the solar cells at lowconcentrations but addition of fullerene had an inverse effect. This was investigated to bedue to the morphological defects induced by the clusterization of nanorods.


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  • Détails : 1 vol. (227 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.211-230

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