Orientadores: Peterson Bueno de Moraes, Christiane de Arruda Rodrigues Ragnini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T04:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_EdivaldoLuisde_M.pdf: 3079610 bytes, checksum: a78db6078a721c74f963b944bae72f47 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A sociedade e seus processos produtivos têm gerado e lançado quantidades elevadas e diversificadas de compostos orgânicos, inorgânicos e biológicos no meio ambiente. Juntamente com as emissões naturais, houve um grande acúmulo destes materiais nos diferentes compartimentos ambientais. A produção e o uso de medicamentos, como hormônios e antibióticos contribuíram muito para a ampliação deste quadro. Por serem persistentes não são totalmente metabolizados nos seres vivos e acabam sendo excretados e lançados em corpos receptores. Os mecanismos naturais de degradação e métodos de tratamento convencionais de efluentes não são suficientemente eficientes na remoção completa destes compostos; em função disso, é necessário o desenvolvimento e aplicação de tecnologias alternativas para a redução destes impactos. Entre estas tecnologias podemos citar os Processos Oxidativos Avançados (POA) que são mais eficientes para o tratamento destes tipos de efluentes. Objetivamos neste trabalho desenvolver, caracterizar e utilizar eletrodos nanoestruturados de TiO2 para a confecção de um reator fotoeletroquímico para a degradação do antibiótico amoxicilina e do citrato de sildenafil, este último, princípio ativo do medicamento Viagra®, submetidos à radiação UV e solar. Foram desenvolvidos eletrodos nanoestruturados com TiO2 sobre substrato de titânio, a partir de processos de anodização eletroquímica, na qual foram variados diferentes parâmetros que influenciaram nas características dos nanotubos de TiO2 desenvolvidos. Os nanotubos formados foram avaliados por Microscopia Eletrônica de Varredura quanto ao comprimento, espessura de parede e homogeneidade de distribuição. Testou-se contra-eletrodos de platina, Anodo Dimensionalmente Estável (ADE), níquel, aço-inoxidável 304 e 316L e obteve-se nanotubos de TiO2 com comprimentos entre 100 e 650 nm. Observou-se na maioria dos eletrodos nanoestruturados uma distribuição homogênea dos nanotubos. Visando a obtenção de nanoestruturas mais fotoativas, realizou-se cristalização por aquecimento em estufa. Na cristalização dos nanotubos, as análises de Difratometria de Raios-X evidenciaram intenso sinal no ângulo 2? próximo a 25º para todas as amostras significando que os nanotubos de TiO2 se cristalizaram na fase anatase, a qual é mais fotoativa. A degradação de amoxicilina apresentou rendimento de aproximadamente 85% em um intervalo de 4 horas de tratamento, enquanto que o rendimento na degradação do citrato de sildenafil foi de aproximadamente 88%, para um volume de amostra de 160,0 mL etanol/água destilada à 20% V/V em Na2SO4 0,1 M, concentração do fármaco de 10,0 mg L-1, lâmpada de vapor de mercúrio, WUV=13 W/m2, disposição horizontal dos eletrodos, distância de 3,0 mm entre lâmpada e ânodo de TiO2, cátodo de platina em tela, tensão de 1,5 volts, anodo de titânio nanoestruturado obtido a partir de contra-eletrodo de ADE 70%TiO2/30%RuO2 com d = 5,0 mm a 700 rpm e t = 120 min, 2 horas de tratamento. As nanoestruturas apresentaram-se com baixa resistência mecânica em relação à aplicação de valores de potencial elétrico superiores a 1,5 V. No entanto, abaixo destes valores, as estruturas de TiO2 mostraram-se altamente estáveis em relação à durabilidade. A eletrólise apresentou eficiência insignificante na degradação do fármaco citrato de sildenafil, sendo então aplicado um potencial aos eletrodos para fotoassistir ao processo fotocatalítico o qual se mostrou fortemente dependente da drenagem eletrônica / Abstract: The modern society and its production processes have generated and released high amounts of synthetic organic compounds which accumulate in different environmental compartments. The production and use of drugs such as hormones and antibiotics have greatly contributed to the expansion of this problem. Due to persistent-profile of these drugs, they are not completely metabolized and the conventional Wastewater Treatment Plants are not fully effective for the removal of these compounds. Thus, the development and application of alternative technologies is needed. In the other hand, the Advanced Oxidation Processes (AOP) has been effective for the treatment of pharmaceutical residues. This work aimed to produce, characterize and use nanostructured TiO2 electrodes and an photoelectrochemical reactor for the degradation of the antibiotic amoxicillin and sildenafil citrate, the latter, the active ingredient of Viagra©. The experiments were carried out using ultraviolet (UV) and solar radiation. Nanostructured TiO2 electrodes were developed from titanium substrate by electrochemical anodization process in which the different parameters were varied in order to verify its influence on the length, thickness and uniformity of distribution of TiO2 nanotubes formed, evaluated by Scanning Electron Microscopy. It was tested different counter-electrodes such as platinum, dimensionally stable anode (DSA), nickel, stainless-steel 304 and stainless-steel 316L and were obtained TiO2 nanotubes with lengths between 100 and 650 nm. It was observed in most nanostructured electrodes a homogeneous distribution of the nanotubes. Also, in order to obtain nanostructures more photoactive, crystallization was performed by heating in an oven. After crystallization process, analysis of X-Ray diffraction showed intense signal at 2? close to 25º for all samples, meaning that the TiO2 nanotubes were crystallized in the anatase phase which is more photoactive. Photocatalytic experiments with the Amoxicillin solution resulted in approximately 85% of degradation in 4 hours of treatment, whereas the degradation of sildenafil citrate was about 88%. The samples consisted of 160.0 mL ethanol / distilled water at 20 % V/V in 0.1 M Na2SO4, drug concentration of 10.0 mg L-1. The experimental setup consisted of a mercury vapor lamp or a solar simulator, horizontal arrangement of the electrodes and a platinum screen cathode. It was applied 1.5 volts, distance of 3,0 mm between the lamp and TiO2 nanostructured anode, obtained from the anodization using a DSA (70%TiO2/30%RuO2) counter-electrode placed at 5.0 mm, under stirring of 700 rpm over 120 minutes. The nanostructures had low strength to the application of higher electrical potential values than 1.5 V. However, below this value the TiO2 structures were more stable and with greater durability. Electrolytic process had a negligible efficiency in the degradation of sildenafil citrate; thus the applied potential was more important to help the photocatalytic process, which is strongly dependent of the electronic drainage / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

Nanotrubičky oxidu titaničitého v průběhu posledních let nabyly na významu v poli biomedicíny. Jakožto biokompatibilní nanostrukturovaný povrch nachází potenciál pro své uplatnění především v oblasti implantačních aplikací. Teoretická část této práce je tak věnována různým přístupům pro syntézu TiO2 nanotrubiček, jejich modifikacím a aplikacím v biomedicíně. Experimentální část pak pojednává o nanotrubičkách oxidu titaničitého, které jsou připraveny z titanu metodou jednokrokové anodické oxidace v organickém elektrolytu. Jako výchozí materiály jsou používány křemíkové disky s naprášenou vrstvou titanu a titanové folie. Zprvu amorfní nanotrubičky jsou žíháním převedeny na svou krystalickou podobu, a následně modifikovány selenovými a stříbrnými nanočásticemi. Připravené struktury jsou zkoumány z hlediska povrchových vlastností a biologických interakcí s vybranými tkáňovými kulturami (MG-63, NIH-3T3) a bakteriemi (E. coli, P. aeruginosa, S. aureus). V závěru experimentální práce jsou stručně porovnány výsledky selenových a stříbrných nanočástic. Hlavním cílem této práce je rozšířit znalosti týkající se bio-rozhraní tvořeným adherentními buněčnými liniemi, bakteriálními buňkami a nanostrukturovaným povrchem tvořeným TiO2 nanotrubičkami dekorovanými selenovými a stříbrnými nanočásticemi.

This diploma thesis deals with a plasmochemical treatment of photoanodes with an active layer containing TiO2 deposited on two different substrates by material printing. The plasmochemical treatment was performed by a low-temperature ambient-air plasma using a diffuse coplanar surface barrier discharge (DCSBD). The experimental part is focused on the investigation of DCSBD influence on the fabricated photoanodes photoelectrochemical properties, and the influence of plasma treatment time. Process optimization was achieved by height adjustment of the electrode. The processed coatings were electrochemically investigated by linear sweep voltammetry and chronoamperometry.

<p>Jedan od doprinosa ove disertacije je realizacija modela prenosivog<br />mernog sistema za karakterizaciju senzora uz mogućnost daljinskog<br />pristupa rezultatima merenja. U LTCC tehnologiji je fabrikovan<br />senzor za merenje pH vrednosti, na bazi TiO2 filma na alumina<br />substratu, koji je karakterisan razvijenim mernim sistemom. Izvršena<br />je i obrada podataka dobijenih prilikom karakterizacije senzora<br />formiranjem polinomske statičke karakteristike i modelovanjem<br />senzora ekvivalentnom električnom mrežom. Predložen je novi<br />neiterativni metod estimacije vrednosti parametara modela koji, u<br />poređenju sa metodom najmanjih kvadrata, omogućava jednostavniju<br />estimaciju uz kraće vreme izvršavanja.</p> / <p>One of the contributions of this research is a model of the portable electronic<br />measurement system for sensors characterization with remote access to the<br />measurement results. In LTCC technology a TiO2-based pH sensor is<br />fabricated on the alumina substrate and it was characterized with developed<br />measurement system. Experimentally obtained data was analyzed with<br />polynomial sensor characteristic as well as equivalent electric circuit (model).<br />A new method for parameter estimation of the used 2R-1C model is<br />presented and comparison with complex nonlinear least squares was<br />performed.</p>

Les ressources en eau sont menacées par diverses formes de pollution et les procédés de traitement proposés sont souvent complexes avec des résultats qui ne sont pas toujours satisfaisants. Cette étude vise à développer un traitement, simple et peu coûteux pour réduire au maximum la présence dans l’eau des acides humiques (AH), un polluant organique. L’approche adoptée est la mise en place d’un procédé hybride combinant l’adsorption et la photocatalyse hétérogène réalisée avec le dioxyde de titane. La méthode d’adsorption a été réalisée d’une part avec du charbon actif et d’autre part avec trois argiles provenant de la Côte d’Ivoire. Le charbon actif a été préparé à partir des coques de coco selon une procédure assez simplifiée, sans additifs chimiques, dans le souci d’obtenir un adsorbant économique et écologique. Les trois argiles brutes (Dabou, Yamoussoukro et Katiola) ont chacune subi des opérations de purification pour obtenir des fractions pures. Des tests de caractérisation réalisés par diverses techniques (analyse élémentaire, DRX, adsorption d’azote, IR, etc.) ont été effectués sur les adsorbants obtenus. Les essais d’adsorption réalisés avec le charbon ont montré qu’aucune élimination des AH n’a été observé. La raison principale serait le manque de groupements fonctionnels sur la surface du charbon préparé. Les tests d’adsorption conduit avec les argiles ont montré que ces matériaux sont capables d’éliminer les AH. Les résultats ont révélé que l’argile la plus riche en kaolinite (celle de Yamoussoukro) a une capacité d’adsorption maximale largement supérieure (115 mg/g) par rapport aux autres (20 et 15 mg/g pour Dabou et Katiola respectivement). Cette différence trouve son explication dans la composition minéralogique et structurale de chacune des argiles. Les tests de photocatalyse menés ont montré une dégradation des macromolécules d’AH en des composés de plus petites tailles. La minéralisation de la matière organique a été observée avec une réduction du carbone organique total de l’ordre de 72 et 82 % respectivement aux pH 7 et 3. En mettant en série à pH 3, les deux procédés à savoir l’adsorption suivie de la photocatalyse, une réduction de 95% du carbone organique total des AH est obtenue. Le procédé hybride ainsi réalisé montre un avantage certain car il permet d’éliminer la quasi-totalité de la pollution organique initiale. / Water resources are threatened by various forms of pollution and the proposed treatment processes are often complex with results that are not always satisfactory. This study aims to develop a simple and inexpensive treatment to minimize the presence of humic acids (HA), an organic pollutant, in water. The approach adopted is the establishment of a hybrid process combining adsorption and heterogeneous photocatalysis performed with titanium dioxide. The adsorption method was carried out primary with activated carbon and secondary with three clays from Ivory Coast. Activated carbon was prepared from coconut shell by a simplified procedure, without chemical additives, in order to obtain an economic and ecological adsorbent. The three raw clays (Dabou, Yamoussoukro and Katiola) each underwent purification operations to obtain pure fractions. Characterization tests including various techniques (elemental analysis, XRD, nitrogen adsorption, IR, etc.) were carried out on the adsorbents obtained. Adsorption tests carried out with the coal showed that no elimination of HA was observed. The main reason is the lack of functional groups on the surface of the prepared coal. The adsorption tests conducted with the clays have shown that these materials are capable of removing HA. The results revealed that the clay richest in kaolinite (Yamoussoukro) has a much higher maximum adsorption capacity (115 mg/g) compared to the others (20 and 15 mg/g for Dabou and Katiola respectively). This difference found its explanation in the mineralogical and structural composition of each of the clays. Photocatalysis tests showed a degradation of the macromolecules of HA into smaller sizes compounds. The mineralization of the organic matter was observed with total organic carbon reduction rate equal to 72 and 82% at pH 7 and 3 respectively. By placing in series the two processes namely adsorption followed by photocatalysis, the removal percentage of HA obtained at pH 3, is about 95%. This hybrid process shows an advantage since it makes it possible to eliminate almost all of the initial organic pollution.

Three-dimensional (3D) TiO₂–SnO₂–graphene aerogels (TTGs)were built up from the graphene oxide nanosheets supported with both TiO₂ and SnO₂ nanoparticles (NPs) via a facile hydrothermal assembly process. The resulting TTGs exhibit a 3D hierarchical porous architecture with uniform distribution of SnO₂ and TiO₂ NPs on the graphene surface, which not only effectively prevents the agglomeration of SnO₂ NPs, but also facilitates the fast ion/electron transport in 3D pathways. As the anode materials in lithium ion batteries (LIBs), TTGs manifest a high reversible capacity of 750 mA h g⁻¹ at 0.1 A g⁻¹ for 100 cycles. Even at a high current density of 1 A g⁻¹, a reversible capacity of 470mA h g⁻¹ can still be achieved from the TTG based LIB anode over 150 cycles.

Beim Flammspritzen von Mischungen im System Al2O3-TiO2-ZrO2 treten vielfältige Effekte auf. Es kommt z.B. zur Ausbildung eines amorphen Anteils, der in Form von amorphen Sublamellen, dem primären amorphen Anteil, und in dendritisch geprägten Bereichen, dem sekundären amorphen Anteil im Gefüge vorliegt. Dieser beeinflusst die mechanischen Eigenschaften deutlich. Bei einer Temperaturbehandlung entstehende Ausscheidungen von ZrO2 oder verschiedenen Zirkoniumtitanaten beeinflussen die mechanischen Eigenschaften ebenfalls signifikant.

De nombreux oxydes de métaux de transition (TMOs) possèdent des propriétés physiques complexes (ferroélectricité, magnétisme, supraconductivité à haute Tc ou magnétorésistance colossale). Les différents degrés de liberté (le réseau, la charge, le spin ou l'ordre orbitalaire) interagissent pour donner des phases différentes, très proches en énergie, qui vont former une grande variété d'états fondamentaux accessibles. La possibilité de fabriquer des hétérostructures de TMOs a encore accru la complexité de ces systèmes, de nouveaux phénomènes apparaissant aux interfaces. Un exemple typique est le gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG) créé à l'interface entre deux oxydes isolants, LaAlO3 et SrTiO3, qui montre une transition métal-isolant, du magnétisme ou de la supraconductivité (contrôlée par une tension de grille). Le point de départ de cette thèse a été la découverte d'un 2DEG similaire à la surface nue de SrTiO3 fracturée sous vide, rendant possible l'étude de sa structure électronique par photoémission angulaire.Dans cette thèse, l'étude de surfaces préparées, plutôt que de petites facettes fracturées, a permis l'obtention de données spectroscopiques possédant des largeurs de raie proches des valeurs intrinsèques. Il est alors possible d'étudier les effets à N corps comme la renormalisation de la self-énergie due à l'interaction électron-phonon.Ces recherches sur la structure électronique du 2DEG à la surface de SrTiO3 ont pris un tour nouveau lorsqu'une texture de spin complexe y a été mesurée par photoémission résolue en spin. Nous présentons des résultats qui contredisent ces conclusions et nous discutons des raisons pouvant expliquer ce désaccord.Une des motivations de cette thèse était de savoir si la structure électronique et les propriétés du 2DEG pouvaient être contrôlées. L'étude du 2DEG sur des surfaces (110) et (111) de SrTiO3 révèle que sa structure de bandes (ordre orbitalaire, symétrie de la surface de Fermi, masses effectives) peut être ajustée en confinant les électrons sur des surfaces de différentes orientations du même matériau.Un succès majeure est la mise en évidence de 2DEGs à la surface de nombreux autres TMOs (TiO2-anatase, CaTiO3, BaTiO3) ou d'oxydes plus simples utilisés dans les applications (ZnO). Dans tous ces oxydes, nous avons identifié les lacunes en oxygène comme étant à l'origine de la création des 2DEGs.Dans l'anatase, ou d'autres TMOs en configuration électronique initiale d0, les lacunes en oxygène produisent à la fois des électrons localisés ou itinérants (le 2DEG). Il peut être subtile de prévoir quel est le cas est le plus favorable énergétiquement comme le démontre l'étude de deux polymorphes de TiO2, anatase et rutile. Dans CaTiO3, l’octaèdre formé par les atomes d'oxygène autour du Ti est incliné. Cette rupture de symétrie provoque un mélange des orbitales d et modifie le 2DEG. Dans BaTiO3, la création d'un 2DEG entraîne la coexistence de deux phénomènes normalement incompatibles, la ferroélectricité et la métallicité, dans deux zones spatialement distinctes du même matériau. Ce travail démontre qu'un 2DEG existe aussi à la surface de ZnO qui est, contrairement aux oxydes à base de Ti, plutôt un semiconducteur conventionnel, le caractère des orbitales pour les électrons itinérants étant alors de type s et non de type d.Le principal résultat est la mise au point d'une méthode simple et versatile pour la création de 2DEGs en évaporant de l'aluminium sur des surfaces d'oxydes. Une réaction d'oxydo-réduction entre le métal et l'oxyde permet de créer un 2DEG à l'interface entre le métal oxydé et l'oxyde réduit. Dans cette thèse, les 2DEGs ont été étudiés uniquement par photoémission sous ultra-vide. Cette méthode ouvre la possibilité d'étudier ces 2DEGs dans des conditions de pression ambiante en utilisant, par exemple, des techniques de transport, un pas important vers la production de masse et à bas coûts de 2DEGs dans les oxydes pour de futures applications. / Many transition metal oxides (TMOs) show complex physics, ranging from ferroelectricity to magnetism, high-Tc superconductivity and colossal magnetoresistance. The existence of a variety of ground states often occurs as different degrees of freedom (e.g. lattice, charge, spin, orbital) interact to form different competing phases which are quite similar in energy. The capability to epitaxially grow heterostructures of TMOs increased the complexity even more as new phenomena can emerge at the interface. One typical example is the two-dimensional electron system (2DES) at the interface of two insulating oxides, namely LaAlO3/SrTiO3, which shows metal-to-insulator transitions, magnetism or gate-tunable superconductivity. The origin of this thesis was the discovery of a similar 2DES at the bare surface of SrTiO3 fractured in vacuum, making it possible to study its electronic structure by angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES).In this thesis, the study of well-prepared surfaces, instead of small fractured facets, results in spectroscopic data showing line widths approaching the intrinsic value. This approach allows a detailed analysis of many-body phenomena like the renormalization of the self-energy due to electron-phonon interaction.Additionally, the understanding of the electronic structure of the 2DES at the surface of SrTiO3(001) was given an additional turn by the surprising discovery of a complex spin texture measured by spin-ARPES. In this thesis data is presented which contradicts these conclusions and discusses possible reasons for the discrepancy.One major motivation of this thesis was the question if and how the electronic structure and the properties of the 2DES can be changed or controlled. In this context, the study of 2DESs at (110) and (111) surface revealed that the electronic band structure of the 2DES (orbital ordering, symmetry of the Fermi surface, effective masses) can be tuned by confining the electrons at different surface orientations of the same material, namely SrTiO3.A major achievement of this thesis is the generalization of the existence of a 2DES in SrTiO3 to many other surfaces and interfaces of TMOs (TiO2 anatase, CaTiO3, BaTiO3) and even simpler oxides already used in modern applications (ZnO). In all these oxides, we identify oxygen vacancies as the origin for the creation of the 2DESs.In anatase and other doped d0 TMOs, both localized and itinerant electrons (2DES) can exist due to oxygen vacancies. Which of the two cases is energetically favorable depends on subtle differences as demonstrated by studying two polymorphs of the same material (anatase and rutile).In CaTiO3, the oxygen octahedron around the Ti ion is slightly tilted. This symmetry breaking results in the mixing of different d-orbitals demonstrating again why and how the electronic structure of the 2DES can be altered.In BaTiO3, the creation of a 2DES results in the coexistence of the two, usually mutual exclusive, phenomena of ferroelectricity and metallicity in the same material by spatially separating the two.Moreover, this work demonstrates that the 2DES also exists in ZnO which is - compared to the Ti-based oxides - rather a conventional semiconductor as the orbital character of the itinerant electrons is of s and not d-type.The main result of this thesis is the demonstration of a simple and versatile technique for the creation of 2DESs by evaporating Al on oxide surfaces. A redox reaction between metal and oxide results in a 2DES at the interface of the oxidized metal and the reduced oxide. In this thesis the study of such interfacial 2DESs was limited to photoemission studies in ultra high vacuum. However, this technique opens up the possibility to study 2DESs in functional oxides in ambient conditions by e.g. transport techniques, and might be an important step towards cost-efficient mass production of 2DESs in oxides for future applications.

Ce mémoire vise à montrer l’intérêt de nanoparticules (NPs) de TiO2 comme plateforme pour immobiliser dans un environnement proche des complexes de coordination pouvant interagir par transfert d’électron photoinduit. Nous nous sommes intéressés à l’étude de nanomatériaux hybrides associant le complexe [Ru(bpy)3]2+ (bpy = 2,2'-bipyridine) comme photosensibilisateur aux complexes [Cr(ttpy)2]3+ ou [Mn(ttpy)(CO)3Br] (ttpy = 4'-(p-tolyl)-2,2':6',2''-terpyridine) comme accepteurs d'électrons. Pour immobiliser les différents complexes à la surface du TiO2, une fonction acide phosphonique a été introduite sur une des bipyridines du centre [Ru(bpy)3]2+ et sur la terpyridine des complexes [Cr(ttpy)2]3+. L’étude des processus de transferts de charges photo-induits sous irradiation en lumière visible sur le colloïde TiO2/RuII montre que l'état à charges séparées (e-)TiO2/ RuIII possède une longue durée de vie, ce qui rend possible l'utilisation des charges dans des réactions successives d’oxydation ou de réduction. Notamment l’irradiation du colloïde TiO2/RuII en présence de [Cr(ttpy)2]3+ et de triéthanolamine (TEOA) comme donneur d'électron sacrificiel permet la réduction à deux électrons du [Cr(ttpy)2]3+. Par la suite, le complexe [Cr(ttpy)2]3+ est immobilisé sur les NPs de TiO2/RuII pour former un assemblage RuII/TiO2/CrIII au sein duquel les processus de transfert d'électrons photo-induits sont étudiés. De manière à proposer un système pour la réduction photocatalytique du CO2, le complexe [Mn(ttpy)(CO)3Br] a été co-immobilisé avec le [Ru(bpy)3]2+ suivant une approche de chimie sur surface pour former le colloïde RuII/TiO2/MnI. Ce système présente une excellente sélectivité vis-à-vis du HCOOH comme seul produit de la photoréduction du CO2 en présence de 1-benzyl-1,4-dihydronicotinamide (BNAH) comme donneur d'électron sacrificiel. Un système hybride associant le [Ru(bpy)3]2+ portant des fonctions pyrroles et immobilisé sur TiO2 a également été synthétisé et étudié. Sous irradiation lumineuse, le transfert de charges (e-)TiO2/[Ru-pyr]3+ permet d’induire la polymérisation du pyrrole. Le nanocomposite TiO2/poly(Ru-pyr) obtenu et déposé sur une électrode génère, en présence de TEOA, un photocourant anodique stable de plus de 10 μA.cm-2. L’ensemble des résultats montre que les NPs de TiO2 peuvent être un moyen d’assembler des complexes dans un environnement proche en limitant les interactions à l’état fondamental, mais permettant des transferts d’électrons photoinduits entre eux. Suivant les potentiels redox des différents composants, les transferts d’électron ont lieu soit via la nanoparticule soit en surface de celle-ci. / This thesis aims to investigate the possibility of using TiO2 nanoparticles (NPs) as a platform to immobilize proximal coordination complexes that can interact with each other by photoinduced electron transfer. We have studied hybrid nanomaterials combining [Ru(bpy)3]2+ (bpy = 2,2'-bipyridine) as a photosensitizer and [Cr(ttpy)2]3+ or [Mn(ttpy)(CO)3Br (ttpy = 4'-(p-tolyl)-2,2':6',2''-terpyridine) as electron acceptors. To immobilize the various complexes on the surface of TiO2, a phosphonic acid functional group was introduced on one of the bipyridines of the [Ru(bpy)3]2+ center and on the terpyridines of the [Cr(ttpy)2]3+ complex. Under visible light, the TiO2/RuII colloid undergoes a photo-induced charge transfer process leading to a long-lived charge separation state (e )TiO2/RuIII, which makes it possible to be engaged in successive oxidation or reduction reactions. In particular, the visible irradiation of the TiO2/RuII colloid in the presence of [Cr(ttpy)2]3+ and triethanolamine (TEOA) as a sacrificial electron donor allows the two-electron reduction of [Cr(ttpy)2]3+. Subsequently, the [Cr(ttpy)2]3+ complex has been immobilized on the TiO2/RuII NPs to form a RuII/TiO2/CrIII assembly in which the photoinduced electron transfer processes were investigated. In order to propose a system for the photocatalytic reduction of CO2, the [Mn(ttpy)(CO)3Br] and [Ru(bpy)3]2+ complexes were co-immobilized on TiO2 NPs following a chemistry on surface approach to form a RuII/TiO2/MnI triad. Under irradiation at 470 nm, this system exhibits excellent selectivity towards HCOOH as the only product of CO2 photoreduction in DMF/TEOA solvent mixture, in the presence of 1-benzyl-1,4-dihydronicotinamide (BNAH) as a sacrificial electron donor. Another hybrid system linking a [Ru(bpy)3]2+ unit to two pyrrole functions and being immobilized on TiO2 has also been synthesized and studied. Under visible light, the transient (e-)TiO2/[Ru-pyr]3+ species induce the polymerization of pyrrole to form a TiO2/poly(Ru-pyr) nanocomposite. The nanocomposite deposited on an electrode generates, in the presence of TEOA, a stable anodic photocurrent of more than 10 μA.cm-2. All the results show that TiO2 NPs can be used to associate different complexes in a close environment by limiting the interactions in the ground state but allow photoinduced electron transfer processes between them. Depending on the redox potentials of the different components, the electron transfer takes place either through the semiconducting NPs or on the surface.

Le rôle de WO3 et de Fe2O3 dans l’amélioration de l'activité photocatalytique des dépôts de TiO2 a été étudié, à travers la dégradation de l'acide salicylique avec deux sources de lumière : UV et visible.Différentes procédures de couplage de semi-conducteurs ont été entreprises (imprégnation humide / mélange de semi-conducteurs à l'état solide / sol gel). Aussi différents substrats ont été testés (verre ordinaire, ITO).La spectrophotométrie UV-Visible (sans / avec sphère intégratrice), la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage et la caractérisation électrochimique ont été réalisées afin de mieux comprendre le comportement et le rôle des semi-conducteurs chargés.Des résultats prometteurs ont été trouvés pour les photocatalyseurs préparés par imprégnation humide et par mélange solide (addition de WO3): le gap d’énergie a diminué, l'activité sous la lumière visible a augmenté en conséquence (2,5% molaire de WO3) pour le premier cas. Une amélioration de 30% sous UV (0,5% WO3) a été atteinte pour le deuxième. La méthode Sol gel améliore le recouvrement sur le substrat de verre, elle semble être appropriée pour assurer un bon contact entre les semi-conducteurs et atteindre l’effet désiré : la séparation de charges. Le photocourant a été nettement augmenté avec l’addition de 4% de WO3 (substrat ITO), en cohérence avec le potentiel de circuit ouvert diminué. Cela confirme le rôle positif de WO3 dans la séparation de charges.Les dépôts Fe2O3-TiO2 préparés par imprégnation humide présentent une activité supérieure avec la lampe blanche comparant à la lampe UV (de 1 à 2% molaire de Fe2O3), l’effet positif de l’introduction du fer a également été observé avec la méthode sol gel. Le Fer sous sa forme ionique peut jouer un rôle positif dans le piégeage de charges, mais il peut former des phases allotropiques qui peuvent être des centres de recombinaison / The role of WO3 and Fe2O3 in enhancing the photocatalytic activity of TiO2 deposits has been investigated through the oxidation of salicylic acid using UV and vis-light irradiation. Different procedures of semiconductor loading (wet impregnation/mixing semiconductors in solid form/sol gel) and deposition were undertaken. Also different substrates were tested (ordinary glass, ITO).UV-Vis spectrophotometry (without/with Integrating sphere), X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy and electrochemical characterization were done in order to better understand the behavior and the effective role of loaded semiconductors.Promising results were found for catalysts prepared by wet impregnation and mixing in solid form methods (WO3-loading): the bang gap energy decreased, activity under visible light increased consequently (at 2.5 % molar -WO3) for the first case. 30% improvement under UV (0.5 % -WO3) was reached for the second. Sol gel method enhances coverage on the glass substrate, it seems to be an appropriate method to ensure good contact between semiconductors and reach the charge separation desired effect. Enhanced photocurrent on the ITO substrate confirms the positive role of WO3 in charge separation, in coherence with open circuit potential which was found to be reduced with 4 % WO3 loading. Fe2O3-TiO2 coatings prepared by wet impregnation exhibit higher activity with white lamp comparing to UV lamp (loading from 1 to 2 % Fe2O3), also positive effect of iron introduction was observed with sol gel method. Iron under his ionic form can play positive role in trapping charge, but it can form allotropic phases which can be centers of recombination.Key words: TiO2; WO3; Fe2O3; band gap; salicylic acid; photocatalysis; sol gel