Optimisation de l’élimination des produits organiques par des procédés intégrés
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Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Technology
Abstract
Semiconductor-mediated photocatalysis has attracted considerable attention due to its illustrates enormous potential for resolving global energy and environmental issues. To overcome the serious drawbacks of fast charge recombination and the limited visible-light absorption of semiconductor photocatalysts, several strategies have been developed in the past few decades, and the most widely used one is to develop photocatalytic heterojunctions. In this context, the unique physicochemical, optical, and electrical properties of semi metallic or semiconducting graphene have offered an efficient solution to construct highly efficient heterojunction photocatalysts for driving a variety of redox reactions under proper light irradiation. The work carried out in this thesis is mainly for the design of multicomponent heterojunctions based on semiconductor oxides, graphene, and metal with efficient adsorptive and photocatalytic activity for environmental cleanup applications. Two main axes have been investigated in each chapter (chapter III, IV, and V), the first of which is the experimental study by synthesizing semiconducting oxides (Fe2TiO5, NiFe2O4-TiO2, SrTiO3) and combined with graphene sheets (all chapters) and decorated it with Ag nanoparticles (chapter IV and V), and then study of their electronic and optical properties in order to optimize their photocatalytic efficiencies. The second part deals with numerical simulations of hybrid nanostructures using the DFT method approach, in order to determine the mechanisms of physical phenomena responsible for photocatalytic effects occurring in these hybrid materials. The electronic and optical properties of the systems were determined and compared with the experimental data. Thus, based on computer simulations through quantum-chemical methods and the carried out experimental works, the involved charge transfer phenomena were characterized in the aim to understand the transfer of electric charges in the hybrid material and the effect of the photocatalytic responses.
Description
La photocatalyse médiée par les semi-conducteurs a attiré une attention considérable en raison de son énorme potentiel pour résoudre les problèmes énergétiques et environnementaux mondiaux. Pour surmonter les graves inconvénients de la recombinaison rapide des charges et de l'absorption limitée de la lumière visible des photocatalyseurs à semi-conducteurs, plusieurs stratégies ont été développées au cours des dernières décennies, et la plus utilisée consiste à développer des hétérojonctions photocatalytiques. Dans ce contexte, les propriétés physico-chimiques, optiques et électriques uniques du graphène semi-métallique ou semi-conducteur ont offert une solution efficace pour construire des photocatalyseurs à hétérojonction hautement efficaces pour piloter une variété de réactions redox sous irradiation lumineuse appropriée. Les travaux menés dans cette thèse portent principalement sur la conception d'hétérojonctions multicomposants à base d'oxydes semi conducteurs, de graphène et de métal présentant une activité adsorptive et photocatalytique efficace pour des applications de dépollution environnementale. Deux axes principaux ont été étudiés dans chaque chapitre (chapitre III, IV et V), le premier étant l'étude expérimentale en synthétisant des oxydes semi-conducteurs (Fe2TiO5, NiFe2O4-TiO2, SrTiO3) et en les combinant avec des feuilles de graphène (tous les chapitres) et en les décorant avec des nanoparticules d'Ag (chapitre IV et V), puis l'étude de leurs propriétés électroniques et optiques afin d'optimiser leurs efficacités photocatalytiques. La deuxième partie traite des simulations numériques des nanostructures hybrides en utilisant l'approche de la méthode DFT, afin de déterminer les mécanismes des phénomènes physiques responsables des effets photocatalytiques se produisant dans ces matériaux hybrides. Les propriétés électroniques et optiques des systèmes ont été déterminées et comparées aux données expérimentales. Ainsi, sur la base de simulations informatiques par des méthodes de chimie quantique et des travaux expérimentaux réalisés, les phénomènes de transfert de charge impliqués ont été caractérisés dans le but de comprendre le transfert de charges électriques dans le matériau hybride et l'effet des réponses photocatalytiques.