Chapitre 1 : Matériau TiO2
En effet, il existe de nombreux exemples d'applications
environnementales de la photocatalyse qui sont déjà ou sont sur
le point d'être industrialisées. C'est au Japon que l'on trouve
une concrétisation de la plupart de ces applications. Quelques exemples
sont donnés avec les photos de la figure 1.7. Les champs d'application
vont du revêtement d'objet ou d'édifices en plein air (verres,
glaces, vitrage, éclairage, bétons,...) par une couche
submicronique (donc invisible) de TiO2 ce qui rend ces objets "auto-nettoyants"
[11].
Il existe depuis 2003 un dispositif qui permet de traiter des
gros volumes, si les gaz polluants sont solubles dans l'eau, ou encore un
système mis au point pour capter et détruire les odeurs par
photocatalyse, à l'aide d'un papier enrobé de TiO2.
Le TiO2 est aussi un catalyseur capable d'oxyder de
très nombreuses molécules organiques avec une excellente
sélectivité en CO2 grâce a son rendement quantique et aux
potentiels redox de ses bandes de valence et de conduction.
Fig. 1. 7 Illustration d'applications concrètes
des propriétés de TiO2
(a) anti-buée, (b) dalles stérilisantes,
(c) dalles autonettoyantes, (d) toile autonettoyante.
Cependant, un classement des photocatalyseurs peut être
fait en fonction de leur efficacité moyenne constatée. Loin
d'être absolu, ce classement reflète le meilleur compromis entre
un bon rendement quantique, de bonnes propriétés d'adsorption des
molécules organiques, et des potentiels redox adaptés à la
plus grande gamme de polluants possible. Ce classement fréquemment
cité par les photocatalystes [61, 62], place le TiO2, qui a
été le premier
Chapitre 1 : Matériau TiO2
photocatalyseur découvert, comme étant le plus
performant pour l'oxydation de nombreuses molécules [63, 64, 65] (le
classement est donné ci dessous).
TiO2(3,2) >> ZnO(3,3) >ZrO2(3,87) > CeO2 >>
SnO2(3,54) >CdS > MoO3>>WO3(2,76)>>V2O5 1.5.4
Super-hydrophilie (anti-buée)
Il existe aussi un phénomène appelé
"super-hydrophilie" qui a été mis en évidence sur le TiO2
[66, 67, 68]. Peu de matériaux ont un angle de contact inférieur
à 10 degrés, avec comme exception quelques matériaux
adsorbant l'eau et qui ont été activés par des
tensioactifs ou d'autres agents amphiphiles. Lorsque l'angle de contact devient
proche de zéro, la surface du matériau ne retient plus l'eau et
on parle de "super-hydrophilie". Cependant, ces surfaces ne conservent pas ce
caractère hydrophile très longtemps. Or quand la surface du TiO2
est exposée à un rayonnement UV, l'angle de contact avec l'eau
diminue graduellement. Après une exposition suffisamment longue à
la lumière, la surface devient "super-hydrophile". Ce caractère
particulier peut être obtenu pendant un ou deux jours. Ce type de
photocatalyseur est le seul connu possédant une propriété
super hydrophile semi permanente. Cette propriété est
utilisée pour réaliser des miroirs antibuée que l'on peut
utiliser par exemple dans des salles de bain [11] (cf. Fig.1.7 (a)).
1.5.5 Electronique et photovoltaïque
Le dioxyde de titane est très largement utilisé
dans de nombreux domaines de haute technologie du fait de ses
propriétés remarquables. Grâce à son coefficient de
réfraction élevé, il est utilisé dans l'industrie
photovoltaïque sous forme de couches mince [69].
Les cristaux simples transparents ou les couches minces ont un
indice de réfraction élevé qui rend le TiO2
approprié aux applications optiques [70, 71]. Des Multicouches
composées de TiO2 et de SiO2 sont conçues pour faire des
revêtements antireflets dans la totalité du domaine visible [72,
73].
Les électrodes en TiO2 sont utilisées dans les
composants électro-chromiques [74] et les cellules solaires
sensibilisées par des colorants (dye-sensitized solar cells DSSC) [75].
Les cellules solaires photovoltaïques en phase solide (Solid-state
photovoltaic solar cells) formées par une couche poreuse de TiO2
montrent des résultats prometteurs [76, 77].
En tant que semi-conducteur de type n, sa conductivité
est modifiée par adsorption d'un gaz, ce qui en fait un capteur de gaz
efficace [78]. Par exemple, les diodes de Pd-TiO2 sont utilisées
ENIT 2009 15
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