Etude DFT de l'influence des ions fluorure sur les mécanismes de croissance des oxydes nanoporeux par oxydation anodique

par Nour El Houda Ghanmi

Thèse de doctorat en Chimie-Physique

Soutenue le 22-09-2017

à Paris 6 en cotutelle avec l'Université de Carthage (Tunisie) , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris- Chimie ParisTech-PSL (laboratoire) .

Le président du jury était Alexis Markovitz.

Le jury était composé de Hafsia Ben Rhaiem, Monica Calatayud.

Les rapporteurs étaient Jean-Sébastien Filhol, Tahar Mannoubi.


  • Résumé

    Des films nanoporeux de dioxyde de titane peuvent être formés au-dessus d’un substrat de titane par oxydation anodique, c’est-à-dire lorsque le métal est plongé dans un électrolyte fluoré et est soumis à une tension ou une densité de courant constante. Le dopage par des ions fluorures permet également d’améliorer les propriétés photocatalytiques de TiO2 utiles pour de nombreuses applications. L’objectif de cette thèse consiste à étudier, par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), l’influence des ions fluorures sur les mécanismes élémentaires ayant lieu lors de la croissance des couches de TiO2. Nous nous attacherons notamment à comprendre l’influence de la phase et de l’orientation cristallographique des surfaces de TiO2 fluoré, sur leurs stabilités et leurs propriétés photocatalytiques. Tous les calculs DFT ont été effectués avec le logiciel VASP qui permet de simuler des systèmes périodiques. Dans un premier temps, nous avons étudié l’adsorption de F et de F2 sur différentes surfaces de TiO2 parfaites et défectueuses. Deux groupes de surfaces ont pu être distingués vis-à-vis de leur réactivité et de leurs propriétés. Nous nous sommes ensuite intéressés au F-dopage à et sous différentes surfaces. Cette étude est inédite car le dopage a été essentiellement étudié au niveau du massif de TiO2. L’influence de l’hydroxylation des surfaces sur la réactivité de TiO2 vis-à-vis du fluor a été étudié afin d’obtenir des informations sur la croissance des couches d’oxyde.

  • Titre traduit

    DFT study of fluorine ion influence on nanoporous oxide growth mechanisms by anodic oxydation


  • Résumé

    Nanoporous titanium dioxide films can be formed over a titanium substrate by anodic oxidation, ie, when the metal is immersed in a fluorinated electrolyte and a constant voltage or a current density is applied. Doping with fluoride ions also improve the photocatalytic properties of TiO2 which is crucial for many applications. The goal of this thesis is to study the influence of fluoride ions on the elementary mechanisms during the growth of the TiO2 layers by the density functional theory (DFT). In particular, we will try to understand the influence of the phase and the crystallographic orientation of fluorinated TiO2 surfaces on their stability and their photocatalytic properties. All DFT calculations were carried out using VASP software which allows to simulate periodic systems. In a first step, we studied the adsorption of F and F2 on different perfect and defective TiO2 surfaces. Two groups of surfaces have been distinguished from their reactivity and their properties. Then we focused on F-doping at and under different surfaces. This study is pioneering because F-doping was mainly studied in bulk TiO2. The influence of surface hydroxylation on the reactivity of TiO2 towards fluoride ions has been studied in order to obtain information on the growth of the oxide layers.

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