Synthesis and photocatalytic properties of TiO2/BiVO4 nanocomposites and heterostructures

Synthèse et Propriétés Photocatalytiques des Nanocomposites et Hétérostructures de TiO2/BiVO4 Cette thèse présente le développement d'hétérostructures photo activés de vanadate de bismuth (BiVO4) et de dioxyde de titane (TiO2) pour leur application en photocatalyse sous irradiation de la lumière visible, compte tenu de leur abondance, de leur non-toxicité et de leur grande stabilité. De point de vue application, les deux structures sont limitées leurs taux de recombinaison élevés et la large bande interdite du TiO2 (3,2 eV) qui absorbe uniquement la lumière ultraviolette. Compte tenu de la réponse photo catalytique de différents polluants, deux séries d'hétérostructures à base de TiO2 / BiVO4 ont été conçues et synthétisées en utilisant la méthode sol-gel modifiée. La première série est élaborée pour des fortes stœchiométries de (1-x) TiO2: xBiVO4 (x = 0,2, 0,8, 0,5), tandis que la seconde correspond à une faible stœchiométrie de BiVO4 ((100-x)% TiO2: xBiVO4); x = 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5). En raison de leur application dans le traitement des eaux, les poudres préparées ont été déposées sous forme de couches minces en utilisant la technique de la pulvérisation cathodique en mode radiofréquence. Deux films d'architectures différentes ont été développés : le premier utilisant la composition optimisée de l'hétérostructure (X = 0,5) et le second correspond à une couche de TiO2 sur une couche de BiVO4 en faisant varier le temps de dépôt, la puissance, l'atmosphère de la chambre et les substrats. Des caractérisations optiques, morphologiques et électrochimiques ont été réalisées. Les spectres d'absorption UV-Visible ont confirmé le décalage vers le rouge dans la bande interdite en fonction de la stœchiométrie de BiVO4 (≈2,4eV) et TiO2 (≈3,2eV). Les diagrammes aux rayons X ont montré la formation des phases cristallines Monoclinique du BiVO4 (101, 103) et d’Anatase du TiO2 (101). La formation des hétérostructures a été identifiée par microscopie électronique à transmission (MET), qui montre clairement la présence des jonctions entre les plans. La spectroscopie d'impédance électrochimique a corroboré la présence d'états de surface à l'interface entre les hétérostructures, entraînant une plus grande efficacité de séparation des charges dans les structures, ce qui a influencé l'efficacité photo catalytique des matériaux. Une dégradation complète des colorants organiques tels que le bleu acide et le bleu de méthylène ont été observés en utilisant les hétérostructures en poudre après 20 minute l'irradiation. De même, des analyses d'oxydation et d'élimination de l'arsenic (III) ont été effectuées en utilisant une conception composite centrale (CCD) par la méthode de surface de réponse (RSM) et une élimination complète de l'arsenic a été observée après une heure d'irradiation. D'autre part, les films déposés ont démontré une dégradation des colorants organiques proche et supérieure à 90 % après 180 minute l'irradiation, parmi lesquelles l'architecture en couches s'est avérée plus efficace. Les résultats des tests de réutilisation ont confirmé la stabilité des films avec une légère réduction de leurs performances.