Synthèse contrôlée par additifs latex de nanoparticules mésoporeuses à base de TiO2 : M (M=Pd, Ag, Cu, Ni...) : caractérisation et applications en photocatalyse

Improving the water quality standards is a challenginggoal that has attracted the interest of a wide scientific communitydeveloping innovative classes of materials and new physicochemicalprocesses. Photocatalysis appears to be one of therelevant mechanisms leading to the degradation of organicpollutants. The development of photoactive materials by exploitingtheir nano-structuration and the engineering of their electronicstructure is a major contribution to enhance the photocatalyticefficiency. Titanium dioxide (TiO2) remains one of the key materialsfor the photocatalysis and forms the basis of a variant ofarchitectures with defined organization, composition and physicalfeatures are modulated by the functionalization, doping or the builtof heterostructures. Indeed, TiO2 is active only in the ultravioletrange, which represents 4-5% of the solar radiation spectrum andthe developed approaches currently focus on extending itsphotocatalytic activity in the visible range. In this context, thepresent thesis is devoted to the development of mesoporoustitanium dioxide nanoparticles doped with different metals (Pd, Ag,Cu and Ni) with the aim to ensure the formation fo efficientphotocatalysts in the visible range of solar radiation. Thus, a newsynthesis method has been developed using latex copolymers todesign mesoporous nanoparticles of doped titania with controlledmorphologies. The obtained nanopowders were systematicallycharacterized by different structural methods (DRX, Raman, FTIR),the morphology and texture (MET, MEB, BET), optical and electronicproperties (UV-Visible Spectroscopy, EPR). In order to improve thecombined adsorption-photocatalytic performance, a methodology ofexperiment design was implemented to optimize the synthesisparameters with stabilized the crystalline anatase polymorph with theparticle size in the range from 5 to 20 nm and a specific surface areaof 97 m2/g. The second part of the thesis work was devoted to thesynthesis of mesoporous TiO2 nanoparticles with metallic doping byusing Pd, Ag, Cu, and Ni. Different doping ratios up to 10% and thecalcination temperature (500 – 800°C) have been used to modulatethe structural, morphological, optical and electronic characteristics ofdoped mesoporous structures. Photocatalytic studies were conductedand compared based on the effect of doping elements, themorphological and structural characteristics on the electronic andoptical properties of mesoporous TiO2 doped structures.Le renforcement des normes de la qualité de l'eauest un objectif ambitieux qui a attiré de nombreux chercheurs pourdévelopper de nouveaux procédés physico-chimiques. Laphotocatalyse apparaît comme l'un des mécanismes réactionnelsle moins onéreux à mettre en place pour conduire à ladégradation de polluants organiques. Le développement dematériaux photoactifs en exploitant leur nano-structuration etl’ingénierie de leurs structures électroniques constitue unecontribution majeure pour améliorer l’efficacité photocatalytique.Le dioxyde de titane (TiO2) demeure un des matériaux clés pourla photocatalyse et constitue la base d’une varianted’architectures dont l’organisation et la composition sontmodulées par des opérations de fonctionnalisation, de dopage oude formations d’hétérostructures. En effet, TiO2 étant actifuniquement dans le domaine de l’ultraviolet qui représente 4-5%du rayonnement solaire, un enjeu majeur des travauxactuellement porte sur l’extension de sa réactivitéphotocatalytique dans le domaine du visible. Dans ce contexte, leprésent travail a porté sur l’élaboration de nanoparticulesmésoporeuses de dioxyde de titane dopées avec différentsmétaux (Pd, Ag, Cu et Ni) dans le but d’assurer une absorptiondans le visible tout en restant actif sous rayonnement ultraviolet.Pour réaliser cet objectif, une nouvelle méthode de synthèse aété développée en utilisant le copolymère latex afin d’obtenir desnanoparticules de dioxyde de titane mésoporeuse dopées et demorphologies contrôlées. Les nanopoudres obtenues ont étécaractérisées systématiquement par différentes techniquesstructurales (DRX, Raman, IR-TF), morphologiques et texturales(MET, MEB, BET), optiques et électroniques (Spectroscopie UVVisible,RPE). Afin d’améliorer les performances adsorptionphotocatalytiques,une méthodologie du plan d'expérience a étémise en oeuvre pour optimiser les paramètres de synthèse desnanoparticules mésoporeuses avec en particulier, la stabilisationdu polymorphe anatase, avec une taille moyenne s’échelonnantde 5 à 20 nm et une surface spécifique maximale de 97m2/g. Ladeuxième partie de ce travail a porté sur la réalisation denanoparticules de TiO2 sous la forme mésoporeuse dopées avecdes métaux (Pd, Ag, Cu, et Ni). Différentes teneurs du dopantjusqu’à 10% et des températures de calcination (500 - 800 °C) ontété utilisées et contribuent à moduler les caractéristiquesstructurelles, morphologiques, optiques et électroniques desstructures mésoporeuses dopées. Les études photocatalytiquesont été effectuées et comparées en fonction de l’effet deséléments dopants et des caractéristiques physiques etmorphologiques des structures mésoporeuses à base de TiO2dopées