Préparation et caractérisation de nanoparticules de semi-conducteurs pour application dans la photocatalyse et les capteurs de gaz. - Thèses Université Claude Bernard Lyon 1
Thèse Année : 2023

Preparation and characterisation of semiconductor nanoparticles for use in photocatalysis and gas sensors

Préparation et caractérisation de nanoparticules de semi-conducteurs pour application dans la photocatalyse et les capteurs de gaz.

Sabri Ouni
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1430299
  • IdRef : 280979010

Résumé

In recent years, binary NCs have experienced exponential development thanks to their inter-esting properties, in particular, their photoluminescence which can not only be controlled by their size but also by their composition. As part of this thesis, we have developed a new method for the synthesis in aqueous medium of ZnS NCs by colloidal route. We first started with the synthesis of Zinc Sulfide (ZnS) nanocrystals using thioglycolic acid (TGA) as a stabilizer. These ZnS-TGA nanocrystals have been used as an inexpensive and environmen-tally friendly alternative for the photodegradation of methylene blue (MB) and methyl or-ange (MO) from aqueous solutions by solar irradiation. The photocatalytic activity of ZnS-TGA nanocrystals under solar irradiation to degrade the MB and MO dyes tested and their mixing in aqueous solutions was evaluated. High dye degradation efficiency was obtained in a very short time (27 min) and this performance was attributed to the negative surface charge, surface area, surface defects and high dispersion of ZnS- nanocrystals. TGA on the aquatic environment. Next, we report an easy and green route for novel synthesis of ZnS nanoparticles using Artemisia Herba Alba (AHA) plant extract for efficient adsorp-tion/photodegradation of methylene blue dye. The results showed a blue shift in the absorb-ance band and higher energy bandgap values than the bulk ZnS materials, which was due to quantum confinement effects. These green ZnS-AHA NCs showed a surface area of 36.82 cm2 g−1 and an adsorption capacity of 31.17 mg g−1 for methylene blue. The photocatalytic degradation performance of green nanoparticles under solar irradiation showed a remarkable dye degradation rate of 94.09% in 180 min. Finally, gas sensor based on ZnS-AHA nano-crystals is proposed for methanol vapor detection. The sensitive part of this methanol mi-crosensor is prepared by encapsulation of ZnS nanoparticles in chitosan. A thin film of chi-tosan/ZnS-NPs composite was electrodeposited on the interdigitated gold electrodes by chrono-amperometric test. The ethanol, methanol and acetone gas sensing responses of the films were measured at room temperature, by differential conductometric measurements at 10 kHz. The sensor response time (tRep) for methanol is 11–25 s from lowest to highest concentrations. The detection limit for methanol is 1400 ppm in the gas phase. The methanol sensor has 3.8 times lower sensitivity for ethanol and 30 times lower sensitivity for acetone. The shelf life of the methanol sensor is one month.
Depuis quelques années, les NCs binaires ont connu un développement exponentiel grâce à leurs intéressantes propriétés, notamment, leur photoluminescence qui peut non seulement être contrôlée par leur taille mais également par leur composition. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une nouvelle méthode de synthèse en milieu aqueux de NCs de ZnS par voie colloïdale. Nous avons tout d’abord commencé par la synthèse des nanocristaux de Sulfure de Zinc (ZnS) en utilisant l'acide thioglycolique (TGA) comme stabilisant. Ces nanocristaux de ZnS-TGA ont été utilisés comme alternative peu coûteuse et respectueuse de l'environnement pour la photodégradation du bleu de méthylène (MB) et de l'orange de méthyle (MO) à partir de solutions aqueuses par irradiation solaire. L'activité photocatalytique des nanocristaux de ZnS-TGA sous irradiation solaire pour dégrader les colorants MB et MO testés et leur mélange dans des solutions aqueuses a été évaluée. Une efficacité élevée de dégradation du colorant a été obtenue en très peu de temps (27 min) et cette performance a été attribuée à la charge de surface négative, à la surface, aux défauts de surface et à la forte dispersion des nanocristaux de ZnS-TGA sur le milieu aquatique. Ensuite, nus rapportons une voie facile et verte pour une nouvelle synthèse de nanoparticules de ZnS à l'aide d'extrait de plante d’Artemisia Herba Alba (AHA) pour une adsorption/photodégradation efficace du colorant bleu de méthylène . Les résultats ont montré un décalage vers le bleu dans la bande d'absorbance et des valeurs de bande interdite d'énergie plus élevées que les matériaux ZnS massifs, ce qui était dû aux effets de confinement quantique. Ces NCs vertes de ZnS-AHA ont montré une surface spécifique de 36,82 cm2 g−1 et une capacité d'adsorption de 31,17 mg g−1 pour bleu de méthylène. Les performances de dégradation photocatalytique des nanoparticules vertes sous irradiation solaire ont montré un taux de dégradation remarquable du colorant de 94,09 % en 180 min. Enfin, capteur de gaz à base des nanocristaux de ZnS-AHA est proposé pour la détection de vapeur de méthanol. La partie sensible de ce microcapteur de méthanol est préparée par encapsulation de nanoparticules de ZnS dans le chitosane. Un film mince de composite chitosane/ZnS-NPs a été électrodéposé sur les électrodes d'or interdigitées par essai chrono-ampérométrique. Les réponses de détection de gaz d'éthanol, de méthanol et d'acétone des films ont été mesurées à température ambiante, par des mesures conductométriques différentielles à 10 kHz. Le temps de réponse des capteurs (tRep) pour le méthanol est de 11 à 25 s des concentrations les plus faibles aux plus élevées. La limite de détection du méthanol est de 1400 ppm en phase gazeuse. Le capteur de méthanol présente une sensibilité 3,8 fois plus faible pour l'éthanol et 30 fois plus faible pour l'acétone. La durée de conservation du capteur de méthanol est d'un mois.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04745694 , version 1 (21-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04745694 , version 1

Citer

Sabri Ouni. Préparation et caractérisation de nanoparticules de semi-conducteurs pour application dans la photocatalyse et les capteurs de gaz.. Structures. Université Claude Bernard - Lyon I; Université de Monastir (Tunisie), 2023. Français. ⟨NNT : 2023LYO10331⟩. ⟨tel-04745694⟩
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