Abstract :
[fr] L’objectif de cette thèse est d’obtenir un dépôt d’orthoferrite d’yttrium orthorhombique
sur substrat conducteur. Ceci, en vue de d’étudier de nouveaux catalyseurs potentiels pour le
clivage photoélectrochimique de l’eau.
Le clivage photoélectrochomique de l’eau produit dudihydrogène et du dioxygène grâce
à l’énergie solaire et un catalyseur. Le dihydrogène et le dioxygène sont les combustibles d’une
réaction exothermique. Transformer l’eau en ces deux composés est donc une méthode de
stockage de l’énergie.
Plusieurs semiconducteurs sont étudiés comme catalyseurs pour ce clivage. Cette thèse
se concentre sur l’étude de l’un d’eux : l’orthoferrite d’yttrium orthorhombique (o-YFeO3), et sur
deux méthodes de dépôt de ce matériau sur substrat conducteur : la méthode de déposition par
plongée (dip-coating) et la pyrolyse d’une vaporisation ultrasoniquement générée (USP).
Dans un premier temps, deux méthodes de synthèse del’o-YFeO3, sous forme de poudre,
ont été envisagées : l’une basée sur des chlorures de fer et d’yttrium, l’autre basée sur les nitrates
de ces mêmes métaux. Les éventuels problèmes de proportion ou de précipitations successives
ont été respectivement dissipés par une étude de masse et une analyse de l’évolution du pH. Ces
poudres, issues des chlorures ou des nitrates, ont permis de caractériser la proportion et la pureté
des phases cristallines en fonction de la température de calcination par l’étude de la diffraction
des rayons X (XRD) ; de caractériser l’énergie de la bande interdite (band gap optique) par la
spectroscopie de réflectance diffuse (DRS) et d’en observer leur morphologie par les microscopies
électroniques à balayage (SEM) ou en transmission (TEM). Toutes ces analyses nous ont poussés
à continuer notre étude en nous focalisant sur la synthèse basée sur les nitrates et d’utiliser une
température de calcination de 850°C.
Ensuite, ces mêmes analyses (pH, XRD, DRS) ont permis d’estimer l’influence de l’ajout de
différents composés organiques en cours de synthèsesur la cristallinité, la pureté, la température
de calcination et l’énergie de la bande interdite de ces poudres. Cette thèse a montré que l’additif
qui améliore au maximum ces propriétés est l’acide citrique. Dans le cas des poudres, dès 450°C
– soit 400°C de moins que la même synthèse sans acide citrique – l’o-YFeO3est cristallisé. Les
solutions qui seront utilisées pour les méthodes dedéposition seront donc composées à partir,
entre autre, de nitrate de fer, de nitrate d’yttrium et d’acide citrique.
La méthode dite du « dip-coating » consiste à plonger le substrat qu’on compte recouvrir
dans une solution de précurseurs – composée, entre autre, des nitrates métalliques et d’acide
citrique – de le ressortir recouvert d’un film mince de cette solution pour ensuite le chauffer et
ainsi obtenir un dépôt du matériau désiré. De nombreux problèmes d’adhérence, de stabilité de
solution, de quantité de matière, d’homogénéité de dépôt et de cristallisation de composé ont
eu raison de nos efforts pour la mise au point de tels dépôts par cette technique.
L’autre méthode de déposition utilisée durant cettethèse est l’«USP ». Cette technique
vaporise une solution de précurseurs au moyen de vibrations ultrasoniques. Le brouillard ainsi
généré est propulsé vers le substrat par du gaz sous pression. Le substrat, pendant ce processus,
est placé sur une plaque chauffante. La solution vaporisée chauffera au fur et à mesure qu’elle se
rapprochera du substrat. Cette technique implique l’ajustement de plusieurs paramètres qui
définissent le type de composés qui atteindront le substrat. Cette thèse a abouti à la mise au point
de ces différents paramètres qui ont permis d’obtenir un dépôt d’orthoferrite d’yttrium
orthorhombique sur un substrat conducteur. Ce dépôt présente une activité
photoélectrochimique en tant qu’anode pour le clivage de l’eau, mais ses performances ne
permettent pas, dans son état actuel, de concurrencer les semiconducteurs précédement décrit
par d’autres chercheurs. Une poursuite des travaux dans ce domaine devraient se focaliser sur le
dopage et/ou la structuration contrôlée de l’orthoferrite d’yttrium.
