Synthèse, étude structurale et propriétés de nanomatériaux

par Chih Wei Peng

Thèse de doctorat en Physique. Science des matériaux

Sous la direction de Serge Lefrant et de Hsin-Tien Chiu.

Soutenue en 2006

à Nantes en cotutelle avec Hinschu , dans le cadre de École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes) .

mots clés

• Nanoparticules
• Nanotubes
• Oxyde de titane

Résumé

Dans ce travail, nous présentons une étude sur les oxydes de titane susceptibles de jouer un rôle déterminant, en raison de leurs propriétés photo-électrochimiques remarquables, dans les problèmes liés à l'environnent et aux énergies renouvelables. Parmi toutes les technologies existantes, la photoactivité de TiO2 constitue l'une des propriétés les plus attractives. La compréhension des phénomènes photoélectrochimiques aux interfaces constitue une des clefs qui permettra d'optimiser la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique. Nous avons donc étudié les phénomènes qui gouvernent sa nanostructuration. La polycondensation d'espèces nanométriques est principalement gouvernée par les interactions de la surface des cristallites avec son environnement et la cinétique de croissance. Afin d'étudier l'influence de la composition chimique, de la température et du pH sur la structure et la morphologie des cristallites, nous avons optimisé les paramètres de synthèse d'oxydes, d'oxohydroxydes de titane obtenus par chimie douce. La taille, la forme des cristallites (nanotubes, nanofibres, nanofeuillets, nanorubans) et leur composition dépendent étroitement de la nature du précurseur d'oxyde de titane (cristallisé ou amorphe) et du traitement thermique. Après un échange total en milieu acide et un traitement thermique à 400<T<600°C, la morphologie des variétés TiO2(B), anatase et rutile obtenues, est conservée. A chaque étape de la synthèse les matériaux sont caractérisés par diffraction RX, MET, ATG/DSC/SM, et FTIR. Ces oxydes ont fait l'objet d'études dans le domaine du stockage de l'énergie (super-capacités) et de la photocatalyse.

Résumé

In this work, we report results obtained on nanostructured titanium oxides presenting applications in environnment and in renewable energies due to excellent photo-electrochemical properties in this series of materials. A systematic study o fhe synthesis conditions and in particular their optimizations via "soft chemistry" methods, leads to titanium oxides and oxo-hydroxydeis with different sizes ans forms. These materials have been cahracterized at each sysnthesis step by several spectroscopic techniques including X-Rays, TEM, GTA, FTIR, etc;;; Theses materials present improved performances in energy storage and in photcatalysis.