Etude des propriétés physiques des couches Minces d’oxyde de zinc (ZnO) elaboré par la méthode sol-gel

Abstract

Les oxydes transparents et conducteurs (TCO) ont de larges applications, dans le domaine photovoltaïque, les senseurs et la photocatalyse. On se propose dans cette thèse d'étudier les films minces d'oxyde de zinc (ZnO) élaborés par voie sol-gel pour application photocatalytique. Les effets du temps de vieillissement de la solution de départ (2, 10 et 30 jours), du nombre de couches déposées (2, 5 et 10 couches) et de la concentration de Zn+ 2 (0.2, 0.3, 0.4 et 0.5 M) sur les propriétés physiques ont été étudiés. L'efficacité photocatalytique a également été évaluée. L'analyse par diffraction des rayons X indique que tous les films présentent une structure de type Zincite avec une orientation préférentielle des grains préférée le long de la direction [002]. Le facteur d'orientation préféré (POF) augmente avec le temps de vieillissement tandis que la taille des cristallites diminue. Cependant, le facteur d'orientation préférée (POF) élevé se produit pour la concentration (0.3 M) de Zn2+. Les observations en microscopie électronique à balayage révèlent deux types de morphologies, ZnO nanofibres (nanofibers) et nanotiges (nanorods). La longueur des nanotiges de ZnO augmente avec le nombre de couches alors qu'elle diminue avec du temps de vieillissement tout en adoptant une orientation aléatoire. La densité des nanofibres augmente avec l'augmentation de la concentration de Zn 2 + jusqu'à former une morphologie de type fleur. Une transparence optique élevée est observée pour tous les films minces de ZnO, allant de 90 à 96%. La dégradation photocatalytique du colorant le bleu de méthylène (MB), augmente avec le temps de vieillissement et la concentration de Zn+2, atteignant 94% après 10h sous irradiation UV. La vitesse de réaction apparente (Kapp) obtenue par le modèle de Langmuir-Hinshelwood augmente avec le temps de vieillissement, de 0.218h-1 pendant 2 jours pour atteindre un état stationnaire autour de 0.270h-1. Une petite variation de Kapp a été enregistrée lors de la variation du nombre de couches; 0.223-0.226 h-1. La vitesse de réaction Kapp augmente avec la concentration de Zn+2. La stabilité des films diminue légèrement après le troisième cycle de dégradation, en particulier pour une concentration du sol de 0.5 M. En conclusion, des couches nano-structurées de ZnO ont été réalisées avec succès pour la photocatalyse