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Nanomatériaux pour l’optoélectronique et la photocatalyse

PHC : Utique
Codes du projet : 13G1302 -- Campus N° 28868TB
Domaine : Physique
Intitulé : Nanomatériaux pour l’optoélectronique et la photocatalyse
Porteur(s) : BOUKHERROUB Rabah, MOKHTAR Férid, SIEBER Brigitte
Date de début : 01/01/2013
Date de fin : 31/12/2015

Depuis 2010, nous avons démarré une nouvelle application sur la synthèse et la caractérisation de nanoparticules semi-conductrices. Des résultats préliminaires, obtenus à Lille, sur l’utilisation de nanoparticules de Zn2SnO4 (préparées à Tunis) en photo-catalyse hétérogène sont très encourageants. En effet, l’irradiation directe sous lumière visible d’une solution aqueuse de rhodamine B en présence de Zn2SnO4 (0.25 g/L) permet une minéralisation totale au bout de 40 min.

Objectifs

La réalisation pratique de LEDs et de diodes laser à base de ZnO nécessite de maîtriser le dopage de type p, ce qui n’est pas encore réalisé à ce jour. Dans un premier temps, nous envisageons donc de doper ZnO avec de l’antimoine. Ce projet aborde également l’étude de nanocomposites à bases de nanoparticules de ZnO et de SnO2 incorporées dans des matrices organiques, attractifs pour les dispositifs photoélectriques organiques, les diodes électroluminescentes organiques (OLEDS), et les lasers. Les deux classes de matériaux ci-dessus décrits peuvent être mélangées ensemble pour former des nanocomposites à propriétés spécifiques obtenues en exploitant les effets de petites tailles des nanocristaux insérés dans des matrices de polymères conjugués. Ces systèmes hybrides intéressent les domaines de l’optoélectronique organique, l’énergie et les capteurs. Ils permettent d’aborder les phénomènes de transport de charges, de séparation de charge, et qui sont susceptibles d’intervenir dans chacun ou entre les composants en présence. Le mélange de ces deux classes de matériaux ne peut que conduire à une amélioration des propriétés émissives de l’ensemble par rapport à celles de chacun des composants. Finalement, les propriétés semi-conductrices de ces nouveaux matériaux : ZnO et SnO2 et leurs composites seront exploitées en photo-catalyse et particulièrement sous irradiation visible. La photo-catalyse hétérogène est un procédé qui s’est rapidement développé dans l’ingénierie environnementale. Ses avantages sont nombreux en particulier son faible coût, la facilité d’initiation et d’arrêt de la réaction, la faible consommation en énergie, la variété de polluants dégradables et la forte efficacité de minéralisation des polluants.

Résultats

Au cours de son stage à Lille, Mr Monaam Ben Ali a réalisé des caractérisations structurales (microscopie électronique en transmission (MET)) et optiques (réflectivité) sur la poudre de ZTO enrobée avec l’oxyde de graphène réduit (rGO). Ces caractérisations ont permis deconfirmer la réduction de l’oxyde de graphène. La caractérisation par MET en haute résolution (HRTEM) montre que le ZTO/rGO est biencristallisé avec des nanoparticules de forme sphérique et de taille 20 nm environ. L’analyse par XPS révèle, la stœchiométrie 2-Zn : 1-Sn : 4-O, ce qui confirme la mise en place de la formation de la structure pure de ZTO. De plus, les analyses XPS confirment bien la réduction de l’oxyde de graphène par élimination des groupements C=O et C-O-C/C-OH. L’efficacité photocatalytique de la poudre de ZTO/rGO a ensuite été testée sur la rhodamine B (RhB) sous irradiation visible (λ > 420 nm, 0,5 W/cm2 ) pour différentes concentrations de rGO dans le matériau composite ZTO/rGO. Les résultats obtenus sont très prometteurs. Eneffet, l’irradiation d’une solution aqueuse de RhB (5x10-6 M) en présence de 0,2 g/L de ZTO non dopé sous lumière visible conduit à un taux de dégradation d’environ 90% au bout de 120 min. En introduisant du rGO, on constate que l’efficacité photocatalytique augmente avec la concentration en rGO. Une photodégradation quantitative (proche de 100%) de la RhB est observée pour une concentration initiale de GO de 250 mg. L’irradiation directe (en absence de catalyseur) de la RhB montre une dégradation négligeable dans le visible (

Informations supplémentaires

Centre Nationale des Recherches en Sciences des Matériaux

Partenaire tunisien
Soliman

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Minéraux et leurs Applications PPCMMA


Responsable(s)
Férid MOKHTAR - PPCMMA - Soliman - Tél : 21679325250 - Email : webmaster.cnrsm@gmail.com

Université Lille 1

Partenaire français
Lille

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Unité Matériaux et transformations - CNRS UMR 8207 UMET


Responsable(s)
Brigitte SIEBER - UMET/ UMR 8207 - Lille - Tél : 0033320337142 - Email : brigitte.sieber@univ-lille1.fr

Etudes structurales et optiques des nanomatériaux à base de graphène/SnO2

Codirection - These - En cours
Par : Walid BENHAJ OTHMAN
Début de thèse :
Présenté le : 01/05/2016
A : NR
Co-directeurs :
  • ELHOUICHET Habib
  • Laboratoire de Physique de la Matière, Tunis
  • SIEBER Brigitte
  • UMET/UMR 8207, Lille

Préparation de ZTO/graphène nanocomposites et leurs applications en catalyse

Codirection - These - Terminé
Par : Monaem BEN ALI
Début de thèse :
Présenté le : 15/12/2015
A : NR
Co-directeurs :
  • BOUKHERROUB Rabah
  • CNRS 3078, Lille
  • ELHOUICHET Habib
  • Laboratoire de Physique de la Matière, TunisCondensée

Publications

    Appel à projet 2017

    L'appel à projet 2017 pour le PHC Utique est ouvert sur le site de Campus France du 16 février au 18 avril 2016

    PHC 01