Elaboration et caractérisation d'oxydes perovskites pour capteurs de pH : étude du mécanisme de fonctionnement de ces capteurs
par Quoc Nghi Pham
Thèse de doctorat en Chimie à l'état solide
Sous la direction de Claude Bohnke.
Soutenue en 2006
à Le Mans .
mots clés-
Résumé
Les oxydes conducteurs de structure perovskite peuvent être utilisés en tant qu'élément sensible dans des capteurs de pH. Une conductivité ionique élevée et une grande résistance chimique et mécanique sont des atouts majeurs qui leur confèrent des temps de réponse courts et des utilisations potentielles dans l’industrie, agroalimentaire, en particulier. En premier lieu, la structure cristallographique et les propriétés de conduction de différents composés ont été étudiées avant de tester leur sensibilité au pH. Les conditions optimales de la fabrication d'une membrane céramique sensible à partir des poudres synthétisées par différentes méthodes ont été déterminées. De plus, les caractéristiques principales du capteur céramique ont été déterminées: sensibilité temps de réponse, sélectivité, influence des espèces rédox… Parmi les oxydes étudiés, le composé Li0. 30La0. 57TiO3 (LLTO) présentant la plus grande sensibilité au pH, a été choisi comme matériau modèle pour l’étude du mécanisme de détection du pH. Différents mécanismes ont été envisagés: l'oxydo-réduction, l'échange ionique et la réaction des groupes -OH en surface d'oxyde. Des résultats expérimentaux montrent que parmi ceux-ci, les groupes -OH en surface d'oxyde sont à l’origine des propriétés acido-basiques des membranes céramiques. La propriété de détection du pH par un capteur potentiométrique de ce type est unique et innovante. Ce travail permettra d’aborder la phase de valorisation de ces capteurs de pH.
-
Titre traduit
Synthesis and characterization of perovskite oxydes for application in pH sensor : study on pH detection mechanism of the ceramic sensor
-
Résumé
Perovskite oxides can be used as sensitive element in pH sensors. A high ionic conductivity, mechanical and chemical resistances allow a fast response time and some potential applications in industry, such as food industry. Firstly, the crystallographic structure and the conduction properties of various oxides were studied before testing their pH sensitivity. Secondly, the optimized conditions to obtain a ceramic sensitive membrane starting from powders synthesized by various methods were determined. Moreover, the characteristics of the pH sensor were determined: response time, selectivity, influence of the redox species… Finally, among the studied compounds, the Li0. 30La0. 57TiO3 (LLTO) compound which exhibits the highest sensitivity to the pH was selected as model for studying the mechanism of pH detection. In particular, there mechanisms were suggested: the oxydo-reduction, the ionic exchange and the reaction of the -OH groups at the oxide surface. Experimental results show that the -OH groups at the oxide surface are responsible of the pH sensitivity of the ceramic membranes. The pH detection property by a potentiometric sensor of this type is unique and innovative. This work will allow the development of these pH sensors for practical uses.
