CONTRÔLE MORPHOLOGIQUE DE NANOPARTICULES DE TiO2 ET HÉTÉROSTRUCTURES Au/TiO2 : étude expérimentale et théorique du rôle de la surface sur les propriétés photoélectroniques

Dans cette étude, nous allons considérer les propriétés photoélectroniques du dioxyde de titane. TiO2
est un semi-conducteur qui peut absorber un rayonnement ultra-violet pour créer une paire
électron-trou. Ces porteurs de charge vont alors migrer à la surface du matériau pour pouvoir réagir
avec l’environnement. C’est cette nouvelle réactivité photogénérée qui est exploitée dans le
processus de photocatalyse. De nombreux efforts de recherche sont dirigés vers ce composé pour en
faire un photocatalyseur efficace pour la dépollution des eaux ou de l’air, tirant parti de son fort
pouvoir oxydant sous irradiation UV et de sa stabilité thermique et chimique. Le dioxyde de titane
est également abondamment utilisé dans les cellules solaires à colorant.Notre objectif est de synthétiser et d’étudier des nanoparticules d’anatase modèle afin de corréler les
propriétés de surface aux résultats obtenus en photocatalyse et en photovoltaïque. Une telle
approche devrait permettre une meilleure compréhension de ces processus photoélectroniques et
de prétendre à une approche plus prédictive de conception de matériaux plus performants. Des
nanoparticules d’anatase présentant des morphologies bien définies ont été synthétisées pour
disposer d’un large éventail d’objets modèles de réactivité différente. Leur caractérisation de surface
a été appréhendée en combinant des outils expérimentaux (spectroscopies in situ, dynamique des
porteurs de charge, …) et des outils de chimie théorique pour apporter le plus d’éléments de
compréhension possible aux systèmes étudiés. Cette étude à la fois théorique et expérimentale s’est
appuyée sur l’expertise des deux laboratoires rattachés à l’école doctorale européenne IDS-FunMat
(financement UPMC avec mission d’enseignement) : le Laboratoire de Chimie de la Matière
Condensée de Paris (LCMCP) et le laboratoire de Chimie Physique Théorique (CPT) de l’Université
de Liège. Ainsi, grâce aux connaissances avancées en synthèse et caractérisations de nanoparticules
du LCMCP, en modélisation DFT de clusters du CPT et enfin à de nombreuses collaborations
universitaires, nous avons pu apporter un nouvel éclairage à la compréhension des propriétés de
surface dont les publications et résultats essentiels sont développés dans les cinq chapitres de ce
manuscrit.