Nanocristaux de dioxyde de titane à morphologie contrôlée : synthèse, suspensions colloïdales et dépôt par électrophorèse

par Vincent Jouenne

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Chimie du solide

Soutenue en 2013

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Le dioxyde de titane, doté de propriétés photoactives uniques, est un matériau clé dans la fabrication d’une cellule photovoltaïque de IIIème génération. Dans la stratégie envisagée à l’IMN, son intégration optimale dans ce dispositif nécessite l’élaboration d’une fine couche dense de TiO2 surmontée par un dépôt nanostructuré et poreux. Afin de fabriquer ces deux couches, un procédé à basse température (< 200°C) a été développé. La première étape de ce travail a porté sur l’étude de la synthèse exploitant l’hydrolyse du précurseur [Ti8O12(H2O)24]Cl8. HCl. 7H2O en milieu alcoolique et en présence de surfactants dans des conditions solvothermales. Diverses morphologies de nanocristaux de TiO2 anatase (sphère, barre, plaquette rhombique) avec une bonne cristallinité ont pu être obtenues en présence d’acide oléique et/ou d’oleylamine et contrôlées par un choix judicieux des paramètres, en particulier le rapport molaire entre ces deux surfactants. Ensuite, la surface de ces cristaux a été caractérisée puis optimisée pour permettre la préparation de suspensions colloïdales stables dans des solvants appropriés pour le dépôt par voie humide ou par électrophorèse. Des dépôts denses d’une épaisseur de 25 à 60 nm ont été réalisés par enduction centrifuge alors que des dépôts poreux d’épaisseur modulable (70 nm à 2,2 μm) ont pu être réalisés par électrophorèse sur substrats plans. Enfin, la formation de nano-pilliers de TiO2 (diamètre ~ 150-200 nm, L ~ 1–3 μm) a été effectuée par électrophorèse confinée dans les pores de membranes nanoporeuses.

  • Titre traduit

    Shape-controlled titanium dioxide nanocrystals : synthesis, colloidal solutions and electrophoretic deposition


  • Résumé

    Titanium dioxide, owing unique photoactive properties, is a key material for the fabrication of a IIIrd generation photovoltaic cell. In the strategy developed in IMN, its optimal incorporation in this device requires the elaboration of a thin and dense TiO2 layer surmounted by a nanostructured and porous layer. To make these deposits, a low temperature process (< 200°C) has been developed. First of all, this work has concerned the study of a synthetic strategy based on the hydrolysis of the [Ti8O12(H2O)24]Cl8. HCl. 7H2O precursor in alcoholic media with surfactants in solvothermal conditions. Many different TiO2 anatase nanocrystal morphologies (spherical, rod-like, rhombic platelets) with a good cristallinity have been obtained with both, oleic acid and/or oleylamine, as surfactants and controlled with a judicious choice of experimental parameters, such as the molar ratio between these two surfactants. Then, the surface nanocrystals has been characterized and optimized to allow the preparation of stable colloidal solutions in appropriated solvents in order to elaborate deposits by wet or electrophoretic (EPD) routes. Dense TiO2 layers with a 25 to 60 nm thickness have been realized by spin-coating, whereas porous deposits with tunable thickness (from 70 nm to 2. 2 μm) have been performed by EPD on plane substrates. Finally, the formation of TiO2 nanopillars (diameter ~ 150-200 nm, L ~ 1–3 μm), by electrophoresis confined inside the pores of nanoporous templates, has been performed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (239 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. Bibliogr.

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