'Thin film nanocomposites based on ZnO loaded with silver nanoparticles : Application for photocatalysis'

Les rejets d’effluents industriels dans les eaux naturelles sont une des principales sources de pollution de l’eau. Ils présentent un réel danger pour les écosystèmes aquatiques et la santé en générale et doivent donc être traités avant tout rejet dans un milieu naturel. Parmi les techniques de traitement, les procédés de photo-oxydation présentent de nombreux avantages économiques et écologiques. Ce travail s’inscrit dans ce contexte : la dégradation de polluants grâce à des photocatalyseurs nanocomposites pouvant utiliser le rayonnement solaire comme source d’énergie. Ces phototacatalyseurs sont des films minces de ZnO chargés par des nanoparticules d’argent (NPs Ag).La première étape de ce travail a consisté à étudier les paramètres clés du dépôt sol-gel couplé au spin-coating pour contrôler les propriétés de la matrice. Elle a permis de mettre au point la recette d’un précurseur non-toxique. Puis le travail a porté sur l’étude des propriétés (morphologie, microstructure et propriétés optiques) de couches minces ZnO/Ag (NPs) et leur évolution la charge en NPs Ag.La photodégradation de polluants organiques en solution aqueuse (colorants et produits pharmaceutiques) a été abordée en fonction de la teneur en NPs Ag du photocatalyseur en couche mince. Les nanocomposites ont présenté de bonnes performances photocataclytiques et une bonne stabilité sous irradiation UV, dans le visible + IR ainsi sous irradiation solaire. Un effet de couplage visible + IR a été observé. Cet effet s’additionne à celui produit par les UV. La meilleure performance photocatalytique a été obtenue avec un rayonnement UV – Visible – IR en utilisant 10 % de NPs Ag dans le nanocomposite en couches mines.The industrial waste effluents are one of the major sources of input of pollutants organic such as dyes (indigo carmine and methyl orange) in the aquatic ecosystems. Among all the water treatment processes, the photo-oxidation process provides one of the most ethical solutions to maintain a good water quality. This project lies within this scope: the degradation of the toxic micro-pollutants non-biodegradable by photocatalysists and using sunlight as an energy source. The photocatalysists are some ZnO thin films loaded by silver nanoparticles (Ag NPs) elaborated with a simple and not expansive method.The first step of this work was the research of the key parameters to control the properties of the thin film matrix elaborated by sol-gel combined with the spin-coating process. This work allowed us to get the non-toxic precursor solution for the ZnO matrix. The second step was focused on both the preparation of ZnO/Ag nanocomposites and the study of the effect of the Ag NPs concentration on the ZnO matrix properties (morphology, microstructure, and the optical properties). The presence of Ag NPs in its metallic form was confirmed by MEB characterization.The photodegradation of pollutants in the aqueous solution (like dyes or pharmaceutical products) was studied as a function of the Ag NPs content in the ZnO matrix. The nanocomposites showed some good photocatalytic performances and high stability under UV, visible + IR, and solar irradiations, and using different conditions of photocatalytic experiences. A visible + IR coupling effect has been observed and can be added to the UV effect. The best degradation rate was obtained with the UV + Visible + IR irradiation using 10 % of Ag NPs in the ZnO matrix