Thèse LEGRAND Alexandre

318 Pages·2013·27.58 MB·French

Assemblages nanoporeux de type
semi-conducteur/zéolithe/chromophore: étude de la
(photo)réactivité
Alexandre Legrand
To cite this version:
Alexandre Legrand. Assemblages nanoporeux de type semi-conducteur/zéolithe/chromophore: étude
dela(photo)réactivité. Chimiethéoriqueet/ouphysique. UniversitéLille1-SciencesetTechnologies,
2012. Français. ￿NNT: ￿. ￿tel-01263142￿
HAL Id: tel-01263142
https://hal.science/tel-01263142
Submitted on 27 Jan 2016
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THESE

Présentée à

L’UNIVERSITE LILLE 1 – SCIENCES ET TECHNOLOGIES
ED SMRE
Pour l’obtention du titre de

DOCTEUR
Mention : Optique et Lasers – Physico-Chimie – Atmosphère

par
Alexandre LEGRAND

ASSEMBLAGES NANOPOREUX DE TYPE
SEMI-CONDUCTEUR/ZEOLITHE/CHROMOPHORE :
ETUDE DE LA (PHOTO)REACTIVITE

Soutenue le 13 décembre 2012 devant la commission d’examen :
Rapporteurs : Pascale MASSIANI, Directeur de recherche CNRS, Université
Pierre et Marie Curie, Paris VI
Yannick POUILLOUX, Professeur, IC2M, Université de Poitiers
Examinateurs : Bernard HUMBERT, Professeur, Institut des Matériaux Jean
Rouxel
Isabelle BATONNEAU-GENER, Maitre de Conférences, IC2M,
Université de Poitiers
Matthieu HUREAU, Maître de Conférences, Université de Lille 1
Président : Denis PETITPREZ, Professeur, Université de Lille 1
Directeur de thèse : Alain MOISSETTE, Professeur, Université de Lille 1

THESE

Présentée à

L’UNIVERSITE LILLE 1 – SCIENCES ET TECHNOLOGIES
ED SMRE
Pour l’obtention du titre de

DOCTEUR
Mention : Optique et Lasers – Physico-Chimie – Atmosphère

par
Alexandre LEGRAND

ASSEMBLAGES NANOPOREUX DE TYPE
SEMI-CONDUCTEUR/ZEOLITHE/CHROMOPHORE :
ETUDE DE LA (PHOTO)REACTIVITE

Soutenue le 13 décembre 2012 devant la commission d’examen :
Rapporteurs : Pascale MASSIANI, Directeur de recherche CNRS, Université
Pierre et Marie Curie, Paris VI
Yannick POUILLOUX, Professeur, IC2M, Université de Poitiers
Examinateurs : Bernard HUMBERT, Professeur, Institut des Matériaux Jean
Rouxel
Isabelle BATONNEAU-GENER, Maitre de Conférences, IC2M,
Université de Poitiers
Matthieu HUREAU, Maître de Conférences, Université de Lille 1
Président : Denis PETITPREZ, Professeur, Université de Lille 1
Directeur de thèse : Alain MOISSETTE, Professeur, Université de Lille 1

Remerciements

Le travail présenté dans ce manuscrit a été réalisé au Laboratoire de Spectrochimie
Infrarouge et Raman (LASIR, CNRS, UMR 8516) sous la direction du Professeur Alain
MOISSETTE avec qui j’ai eu le grand plaisir de travailler tout au long de cette thèse. Je tiens
tout particulièrement à le remercier pour tous ses précieux conseils et sa grande patience à
mon égard. Je le remercie également pour m’avoir appris à développer mon regard critique
sur les données expérimentales et mon sens de l’autonomie. Merci Chef !
Je tiens également à remercier Matthieu HUREAU, Maître de conférences à
l’Université de Lille 1, pour sa disponibilité et pour m’avoir fait profiter de son savoir tout au
long de cette thèse dans le cadre de sa charge ‘’d’éducateur scientifique’’ durant ces trois
années de garde partagée avec le Chef.
J’exprime ma profonde gratitude à Monsieur Denis PETITPREZ, Professeur à
l’Université Lille 1, pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury.
Mes plus sincères remerciements vont également à Madame Pascale MASSIANI,
Directeur de recherche CNRS à l’Université Pierre et Marie Curie à Paris, et à Monsieur
Yannick POUILLOUX, Professeur à l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers
(IC2MP), pour avoir accepté de juger ce travail en tant que rapporteurs.
Je suis également très reconnaissant à Madame Isabelle BATONNEAU-GENER,
Maître de Conférences à l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP), et
à Monsieur Bernard HUMBERT, Professeur à l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel
d’avoir accepté de participer à ce jury et d’examiner mon travail.
Je tiens à remercier Monsieur Hervé Vezin, Directeur de Recherches CNRS au
LASIR, pour sa collaboration et son aide précieuse concernant la spectrométrie RPE.
Mes plus sincères remerciements vont également à Madame Anne-Sophie MAMEDE,
Maître de Conférences à l’unité de Catalyse et Chimie du Solide à Lille 1, pour sa
disponibilité et ses conseils dans le domaine de l’analyse de surface (XPS, LEIS).
Je suis très reconnaissant à Sandra CASALE, responsable au Service de Microscopie
Electronique de l’UFR de Chimie Paris VI, pour tous ses conseils et pour m’avoir fait profiter
de ses connaissances dans le domaine de la microscopie électronique à transmission.
Je souhaite remercier toutes les personnes du LASIR qui ont de près ou de loin
contribué à ce travail ou qui ont permis que celui-ci se déroule dans leur meilleur
environnement possible. Je pense plus particulièrement à Pascal, Isabelle, Olivier, Matthieu,
Nicolas membre des épicuriens du LASIR mais aussi Jean-Pierre, Jérémy, Kasia, Annaïg,
Bruno et Florence pour les délires du midi. Je tiens aussi à remercier très chaleureusement
mes amis Stéphanie, Serguei, Bill, Marcos, Sonia, Paul, Julien, Adeline, Agata, Nils,
François, Juliette pour les moments de détente passés avec eux au labo et en dehors.
Enfin, je tiens à dire un grand merci à toute ma famille, mes parents et à Wiola pour
leur patience et leur soutien sans faille.
« Nous piétinerons éternellement aux frontières de l'Inconnu,
cherchant à comprendre ce qui restera toujours incompréhensible.

Et c'est précisément cela qui fait de nous des hommes. »
Isaac Asimov, Les cavernes d’acier, 1990

« On ne fait jamais attention à ce qui a été fait
; on ne voit que ce qui reste à faire. »
Marie Curie

A mes parents, Corinne et Dominique

ASSEMBLAGES NANOPOREUX DE TYPE
SEMI-CONDUCTEUR/ZEOLITHE/CHROMOPHORE : ETUDE DE LA
(PHOTO)REACTIVITE
La synthèse de nanoparticules de semi-conducteurs (S-C) de TiO ou de ZnS dans le
2
volume poreux de zéolithes à canaux de type ferrierite (FER), ZSM-5, mordenite (MOR) et
d’une zéolithe constituée de cages de type faujasite (FAU) a été mise en œuvre par échange
cationique entre les cations compensateurs de charges des zéolithes et différents précurseurs
de TiO et de ZnS. La caractérisation de ces nouveaux matériaux a été réalisée par
2
spectroscopie infrarouge en réflexion diffuse, XPS, DRX, absorption UV-visible en réflexion
diffuse, microscopie électronique à transmission et isothermes de sorptions. Ces techniques
complémentaires mettent en évidence la présence des S-C en surface sous forme d’agrégats de
nanoparticules sphériques et dans le volume poreux pour les zéolithes dont le diamètre des
pores est supérieur à 0,56 Å (MOR et FAU).
L’utilisation potentielle de ces nouveaux systèmes pour valoriser l’énergie lumineuse
est évaluée par adsorption d’une molécule sonde donneuse d’électrons au sein du réseau
poreux. Les mécanismes de transferts d’électrons ayant lieu après incorporation et
(photo)ionisation de la molécule de trans-stilbène sont ainsi étudiés et comparés à des
systèmes ne comportant pas de S-C. Les résultats montrent la formation d’états de charges
séparées de très longue durée de vie dont la stabilité est liée à la nature du nouveau cation
compensateur de charge, de la morphologie de la zéolithe et de la teneur en aluminium du
réseau. La présence du semi-conducteur se traduit par une augmentation de la durée de vie des
espèces transitoires qui pourrait être expliquée par un possible transfert d’électrons vers la
bande de conduction du S-C.
Mots clés : synthèses, caractérisation, semi-conducteur, TiO , ZnS, zéolithe, adsorption,
2
trans-Stilbène, ionisation, séparation de charges, transfert d’électrons.