Soutenance de thèse de Maxime DUFOND

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Nanostructuration,Photodissociation de l'eau,Atomic Layer Deposition,Photoélectrochimie,
Keywords
Nanostructuration,Water photodissociation,Atomic Layer Deposition,Photoelectrochemistry,
Titre de thèse
Fonctionnalisation de photoélectrodes nanostructurées par Atomic Layer Deposition pour la photodissociation de l'eau
Functionalization of nanostructured photoelectrodes by Atomic Layer Deposition for water photodissociation
Date
Mardi 19 Novembre 2019 à 14:00
Adresse
CINaM - UMR 7325 CNRS - Aix Marseille Université Campus de Luminy – Case 913 13288 MARSEILLE Cedex 09
Salle Raymond Kern
Jury
Directeur de these M. Lionel SANTINACCI Aix-Marseille Université
Examinateur Mme Suzanne GIORGIO Aix-Marseille Université
Rapporteur Mme Valérie KELLER Université de Strasbourg
Rapporteur M. David MUNOZ-ROJAS Grenoble INP Minatec
Examinateur M. Gabriel LOGET Université de Rennes 1
Examinateur M. David GROSSO Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

Le développement rapide des technologies utilisant de le dihydrogène comme carburant nécessite le développement d’une production à bas coût et respectueuse de l’environnement. Une des voies prometteuses pour relever ce défi est la photodissociation de l’eau à la surface d’électrodes semi-conductrices immergées dans un électrolyte aqueux. Ce travail de thèse se focalise sur l’élaboration, la caractérisation physico-chimique et photoélectrochimique de la photoanode. Le silicium peut être utilisé pour remplir ce rôle grâce à ses propriétés électroniques adaptées pour l’oxydation de l’eau. Malheureusement, sa forte réflectivité et sa faible stabilité en milieu alcalin limite son utilisation. La stratégie adoptée durant ce travail est la combinaison de la structuration de surface (diminution de la réflectivité, augmentation de la surface active et orthogonalisation du parcours des photons et des charges photogénérées) avec le dépôt de couches atomiques (Atomic Layer Deposition, ALD) d’un film protecteur et d’un co-catalyseur. Cette approche a permis la fabrication et l’étude de deux systèmes complexes stables et efficaces pour la photooxydation de l’eau : n-Si/TiO2/Ni et n-Si/Fe2O3/IrO2/TiO2. La fonctionnalisation a été effectuée exclusivement par ALD avec un contrôle quasi-parfait de l’épaisseur et de la composition des couches déposées. Différentes structures de silicium ont été obtenues par méthodes électrochimique et les différentes morphologies (film macroporeux, nanospikes et micropiliers de silicium de 8, 20 et 40µm) ont été comparées pour mettre en lumière une éventuelle relation structure/propriétés.

Thesis resume

The development of low-cost and green production of dihydrogen is required due to the rapid development of technologies using this fuel. In this context, photo-watersplitting using semi-conductor materials immersed in an aqueous electrolyte is a leading approach.This work focuses on the fabrication, physico-chemical characterization as well as photoelectrochemical characterization of the photoanode. Silicon can be used due to its appropriate electronic properties well suitable to water oxidation. Unfortunately, it suffers from major drawbacks as high reflectivity and unstability in alcaline media. The strategy here is to combine its surface structuring (decrease its reflectivity, increase of its active area and orthogonalization path of absorbed photon and photogenerated carriers) with the coating by Atomic Layer Deposition (ALD) of a protective film and a co-catalyst. This approach leads to the elaboration and the study of the complex, stable and efficient systems for water photooxidation: n-Si/TiO2/Ni et n-Si/Fe2O3/IrO2/TiO2. Functionalization has been performed only by ALD with a near perfect control of both thickness and chemical composition of the layers. Different structures has been used and compare to try to highlight a structure/properties relationship (macroporous, nanospikes and pilars).