Elaboration et caracterisation par differentes techniques de couches minces d'oxydes metalliques utilisables comme capteurs et pour la photocatalyse
No Thumbnail Available
Files
Date
2023
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université d'Oum El Bouaghi
Abstract
Dans cette thèse, on présente deux études distinctes sur les propriétés physico-chimiques de couches minces et de nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) synthétisées par des méthodes différentes.
La méthode utilisée pour produire des couches minces d'oxyde de zinc est la pulvérisation pyrolytique ultrasonique (USP) sur des substrats en verre. L'effet du recuit à des températures variant entre 400°C et 500°C pendant une heure à l'air ambiant sur les propriétés structurales et catalytiques de ces couches a été étudié. Les résultats de l'analyse par diffraction des rayons X ont montré que les couches de ZnO avaient une structure hexagonale wurtzite avec une orientation préférentielle (002) suivant l'axe c. L'augmentation de la température de recuit a conduit à une amélioration de la cristallinité des films. L'application de ces couches minces à la dégradation du bleu méthylène a montré une efficacité photo-catalytique prometteuse, avec la meilleure performance atteignant 84% de dégradation après 4 heures de traitement avec des échantillons recuits à 500°C.
Les nanoparticules de ZnO ont été synthétisées par une méthode hydrothermale et caractérisées à l'aide de différentes techniques, telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage et la spectroscopie de réflexion diffuse. Elles présentaient une haute cristallinité avec une structure wurtzite hexagonale à l'exception de celles synthétisées à partir du précurseur ZnCl2. L’activité photocatalytique des nanoparticules synthétisées ont monté une amélioration significative par rapport à la poudre commerciale de ZnO avec des taux de dégradation du bleu méthylène atteignant 99,3% et 96,4% respectivement. Ces résultats prometteurs peuvent être attribués à la plus grande cristallinité, à la phase pure et aux morphologies spécifiques des nanoparticules de ZnO synthétisées.
In this dissertation, two separate studies are presented on the physicochemical properties of zinc oxide (ZnO) thin films and nanoparticles synthesized by different methods.
The method used to produce zinc oxide thin films is ultrasonic spray pyrolyse (USP) on glass substrates. The effect of annealing at temperatures ranging from 400°C to 500°C for one hour in ambient air on the structural and catalytic properties of these layers was studied. The results of X-ray diffraction analysis showed that the ZnO layers had a hexagonal wurtzite structure with a preferential orientation (002) along the c-axis. Increasing the annealing temperature led to an improvement in film crystallinity. Application of these thin films to methylene blue degradation showed promising photo-catalytic efficiency, with the best performance reaching 84% degradation after 4 hours treatment with samples annealed at 500°C.
ZnO nanoparticles were synthesized by a hydrothermal method and characterized using various techniques, such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy and diffuse reflection spectroscopy. With the exception of those synthesized from the precursor ZnCl2, they were highly crystalline with a hexagonal wurtzite structure. The photocatalytic activity of the synthesized nanoparticles showed a significant improvement over commercial ZnO powder, with methylene blue degradation rates reaching 99.3% and 96.4% respectively. These promising results can be attributed to the higher crystallinity, pure phase and specific morphologies of the synthesized ZnO nanoparticles.
في هذه الأطروحة، تم عرض دراستين منفصلتين حول الخواص الفيزيائية والكيميائية للأغشية الرقيقة لأكسيد الزنك (ZnO) والجسيمات النانوية التي تم تصنيعها بطرق مختلفة.
الطريقة المستخدمة لإنتاج أغشية رقيقة من أكسيد الزنك هي الرش بالتحلل الحراري بالموجات فوق الصوتية (USP) على ركائز زجاجية. تمت دراسة تأثير التلدين عند درجات حرارة تتراوح من 400 إلى 500 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة في الهواء المحيط على الخواص التركيبية والتحفيزية لهذه الطبقات. أظهرت نتائج تحليل حيود الأشعة السينية أن طبقات أكسيد الزنك تمتلك بنية ورتزايت سداسية ذات اتجاه تفضيلي (002) على طول المحور c أدت زيادة درجة حرارة التلدين إلى تحسن في تبلور الفيلم. أظهر تطبيق هذه الأغشية الرقيقة على تحلل أزرق الميثيلين كفاءة تحفيزية ضوئية واعدة، حيث وصل أفضل أداء إلى 84% من التحلل بعد 4 ساعات من المعالجة مع العينات المصلبة عند 500 درجة مئوية.
تم تصنيع جسيمات أكسيد الزنك النانوية بالطريقة الحرارية المائية وتم تشخيصها باستخدام تقنيات مختلفة، مثل حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني الماسح ومطياف الانعكاس المنتشر. باستثناء تلك التي تم تصنيعها من سلائف ZnCl2، كانت شديدة التبلور مع بنية ورزيت سداسية. أظهر نشاط التحفيز الضوئي للجسيمات النانوية المصنعة تحسنًا ملحوظًا مقارنة بمسحوق أكسيد الزنك التجاري، حيث وصلت معدلات تحلل الميثيلين الأزرق إلى 99.3% و96.4% على التوالي. يمكن أن تنسب هذه النتائج الواعدة إلى ارتفاع التبلور والطور النقي والتشكلات المحددة لجسيمات أكسيد الزنك النانوية المركبة.
Mots clés:
Couche mince ; Nanopoudre ; ZnO ; Photocatalyse ; Bleu de Méthylène