Theoretical study of the electronic and optical properties of photocatalytic inorganic materials

par Tilak Das

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Physico-Chimie du Solide

Sous la direction de Xavier Rocquefelte et de Stéphane Jobic.

Soutenue en 2012

à Nantes .


  • Résumé

    L’irradiance solaire journalière reçue à la surface de la terre, en l’absence de nuages, est d’environ 250 W/m2. La conversion d’une partie de cette source d’énergie inépuisable est d’un intérêt immédiat pour notre vie de tous les jours. Au cours des quatre dernières décennies, un nombre important de travaux, consacrés à la photocatalyse, a été réalisé dans un contexte lié aux problèmes énergétiques et environnementaux mondiaux. Cette thèse est dédiée à l’étude théorique de matériaux semi-conducteurs, prometteurs pour des applications dans le domaine de la photocatalyse. Plus précisément, ce manuscrit est centré sur l’étude des propriétés électroniques et optiques des phases MQ (M = Al, Ga, In, Zn, Cd et Q = N, P, As, Sb, O, S, Se, Te) et des composés photocatalytiques BiVO4 et La2ZnTiO6. De plus, une nouvelle démarche permettant d’accéder aux positions absolues des bandes d'énergie de semi-conducteurs est proposée. L’ensemble de ces calculs permet de mieux comprendre le rôle joué par l'absorption de la lumière, la durée de vie « électron-trou » et les réactions d'oxydo-réduction sur l'efficacité d'un composé photocatalytique donné. À cette fin, nos calculs ont été réalisés en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), mais aussi des approches basées sur des fonctionnelles hybrides.

  • Titre traduit

    Etude théorique des propriétés électroniques et optiques de matériaux inorganiques photocatalytiques


  • Résumé

    In a clean full Sun sky, the daily average solar irradiance coming into Earth surface is approximately 250 W/m2. Converting a part of this inexhaustible solar energy is of direct interest for our everyday-life. Over the past four decades, an important number of investigations, devoted to photocatalysis, have been carried out in a context related to global energy issues and environmental water and air pollution control. This thesis aims at the theoretical description of semiconductor materials which are promising for photocatalytic applications. We focused our discussion on the electronic and optical properties of MQ phases (M = Al, Ga, In, Zn, Cd and Q = N, P, As, Sb, O, S, Se, Te), the visiblelight photocatalytic compounds BiVO4 and La2ZnTiO6. In addition, a new strategy to access the absolute energy band positions of semiconductors is proposed. All these calculations allow to better understand the role played by the light absorption, the electron-hole lifetime and the redox reactions on the efficiency of a given photocatalytic compound. For such purpose, our calculations have been realized using standard density functional theory (DFT) approaches, but also hybrid functionals.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (pagination multiple)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 134-152

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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