Integration of ZnO nanowires into microfluidic devices for photocatalytic and photovoltaic studies

• Auteur / Autrice : Zhitao Han
• Direction : Yong Chen, Jinkui Chu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique et Chimie Analytique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photocatalyse

Nanoparticules

Oxyde de zinc

Résumé

Ce travail de thèse vise à intégrer des nanofils de ZnO dans des dispositifs microfluidiques pour les études photocatalytiques et photovoltaïques. Tout d'abord, la méthode de croissance hydrothermale a été améliorée par dépôt direct d’une couche germe de ZnO de haute qualitéun en utilisant un procédé sol-gel et une technique de revêtement par centrifugation. Ensuite, cette couche de ZnO semencée a été lithographiée pour définir des zones de croissance. Comme résultats, les matrices de nanofils de ZnO bien alignées ont été obtenues sans fusion au pied des nanofils. Deuxièmement, des nanofils de ZnO à grande surface ont été intégrés dans les réacteurs microfluidiques, permettant une photocatalyse stable et à haut rendement. Troisièmement, les nanofils de ZnO intégrés ont été utilisés pour des essais sur les cellulaires solaires à colorant (DSSC), montrant une dépendance claire sur les conditions de croissance de nanofils de ZnO, mais peu d’effet sur le débit d'électrolyte microfluidique. Enfin, la synthèse hydrothermale a été appliquée pour obtenir des nanofibres de ZnO par électrofilage avec ou sans dopage de palladium. En comparant aux nanofibres de ZnO purs, les nanofibres de ZnO dopées de Pb ont montré une efficacité de photodégradation du bleu de méthylène améliorée.

This thesis work aimed at integration of ZnO nanowires into microfluidic devices for photocatalytic and photovoltaic studies. Firstly, the hydrothermal growth method has been improved by preparing high-quality ZnO seed layer based on a sol-gel process and a spin-coating technique. Then, the ZnO seed layer could be patterned by standard lithography methods and well-aligned ZnO nanowire arrays could be grown in patterned areas without fusion at the foot of nanowires. Secondly, large-area ZnO nanowires have been integrated into microfluidic reactors as immobilized catalyst, allowing stable and high-efficient photocatalysis. Thirdly, the integrated ZnO nanowires could also be used for dye-sensitized solar cell (DSSC) studies, showing clear dependence on ZnO nanowire growth conditions but less effect on the flow-rate of microfluidic electrolyte. Finally, as a subset of ZnO nanowires with ultrahigh aspect ratio, ZnO nanofibers doped with noble metal palladium (Pd) have been synthesized via electrospinning technique and subsequent thermal treatment. The enhancement effect of Pd doping on the photocatalytic activity of ZnO nanofibers has been demonstrated by photodegradation of organic dye methylene blue.