Thèse Année : 2024

Elaboration by plasma / electrochemical methods and characterizations of photoanodes oxide-based nanostructures for water splitting

Élaboration par voies plasma / électrochimique et caractérisations de photoanodes nanostructurées à base d'oxydes pour la dissociation de l'eau

Résumé

Elaboration via Plasma and Electrochemical Methods and Characterization ofNanostructured Oxide-Based Photoanodes for Water Splitting. Solar energy stands out as a promising alternative to fossil resources, offering annually about 1200 times the human energy consumption. Hydrogen, produced by photo-assisted water splitting, represents an ideal energy carrier due to its high energy density and the absence of CO2 during combustion. This process uses semiconductors like TiO2 to generate electron-hole pairs that enable the separation of water into hydrogen and oxygen. TiO2 is particularly suitable due to its stability, affordability, and excellent photoelectrocatalytic properties. However, its absorption capacity is limited to the UV spectrum because of its wide bandgap. To improve this performance, research focuses on optimizing TiO2 properties, particularly through nanostructuring, adjusting synthesis conditions, and forming heterojunctions with other semiconductors like WO3. This heterojunction improves light absorption and reduces charge recombination. The study involved the nanostructuring of TiO2 into nanotubes via electrochemical anodization, followed by optimization of synthesis conditions to obtain tubes with properties suitable for absorption and photoelectrolysis.
Élaboration par voies plasma et électrochimique et caractérisations de photoanodes nanostructurées à base d'oxydes pour la dissociation de l'eau. L'énergie solaire se distingue comme une alternative prometteuse aux ressources fossiles, offrant chaque année environ 1200 fois la consommation énergétique humaine. L'hydrogène, produit par dissociation photo-assistée de l'eau, représente un vecteur énergétique idéal en raison de sa haute densité énergétique et de l'absence de CO2 lors de sa combustion. Ce procédé utilise des semi-conducteurs comme le TiO2 pour générer des paires électron-trou qui permettent la séparation de l'eau en hydrogène et oxygène. Le TiO2 est particulièrement adapté grâce à sa stabilité, son coût abordable et ses excellentes propriétés photo- électrocatalytiques. Cependant, sa capacité d'absorption est limitée au spectre UV à cause de sa large bande interdite. Pour améliorer cette performance, la recherche se concentre sur l'optimisation des propriétés du TiO2, notamment par nanostructuration, ajustement des conditions de synthèse, et formation d'hétérojonctions avec d'autres semi-conducteurs comme le WO3. Cette hétérojonction améliore l'absorption lumineuse et réduit la recombinaison des charges. L'étude a impliqué la nanostructuration du TiO2 en nanotubes via anodisation électrochimique, suivie de l'optimisation des conditions de synthèse pour obtenir des tubes avec des propriétés adaptées à l'absorption et à la photo-électrolyse.
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Dates et versions

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  • HAL Id : tel-04901740 , version 1

Citer

Timothée Lang. Élaboration par voies plasma / électrochimique et caractérisations de photoanodes nanostructurées à base d'oxydes pour la dissociation de l'eau. Chimie théorique et/ou physique. Sorbonne Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024SORUS395⟩. ⟨tel-04901740⟩
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