5.5 - Aspects théoriques des effets
photocatalytique et hyperhydrophile de l'oxyde de titane
L'oxyde de titane TiO2 est un matériau présent
dans de nombreux produits de la vie courante (pigments de peinture,
cosmétiques, denrées alimentaires). Il se présente sous
trois formes cristallines : rutile, anatase et brookite. La
photoactivité de TiO2 est connue depuis plus de soixante ans. C'est sous
sa forme anatase (densité 3,9) que l'oxyde de titane présente la
plus grande activité de photo catalyse et d'hydrophobicité
photo-induite. Les dépôts CVD sont sous forme anatase.
L'anatase est un semi-conducteur. L'énergie de sa bande
interdite est 3,2 eV, ce qui signifie que des photons d'énergie au moins
égale à cette valeur peuvent créer des porteurs de charge
libres. C'est le cas des UV A (de longueur d'onde égale ou
inférieure à 0,38 jtm) de la lumière
solaire. Ainsi, l'anatase est transparent à la lumière visible
(surtout sous forme de film mince) mais à tendance à absorber le
rayonnement UV.
La figure (50) montre le mécanisme photochimique
conduisant à la dégradation des salissures organiques
déposées sur la surface de l'oxyde de titane.
Tout d'abord un photon UV crée une paire de porteurs de
charges électriques mobiles (l'électron qui laisse une place
vacante appelée `trou'). Ces porteurs de charges migrent à la
surface et créent des radicaux par interaction avec des molécules
d'eau et d'oxygène de l'atmosphère.
Les radicaux ainsi créés .O2-
et .OH vont dégrader activement les salissures
organiques par suite de réactions d'oxydo-réduction. Les
salissures constituées de molécules organiques ainsi
dégradées vont être éliminées par l'eau de
pluie grâce à l'effet d'hyperphilicité de l'anatase.
Figure 50. Réactions d'oxydo-réduction
photoinduites à la surface de l'oxyde de titane
A : formation photoinduite d'une paire de porteurs de charge
mobiles (électron + `trou')
B : formation de radicaux responsables des réactions
d'oxydo-réduction.
La figure (51) montre de façon schématique le
mécanisme d'hyperphilicité photoinduite oxyde de titane. Les
photons UV (de la lumière solaire) induisent la formation de lacunes
d'oxygène à la surface de l'oxyde de titane, ce qui favorise
l'adsorption de molécules d'eau est facilité. Les
molécules d'eau se dissocient et des groupes hydroxyles -OH se forment
surface, rendant ainsi la surface de l'oxyde de titane hyperhydrophile.
Figure 51.Mécanisme de l'hydraulicité
photoinduite de l'oxyde de titane
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