Experimental, DFT, and Monte-Carlo investigations of Sillenite materials: Photocatalysis and photovoltaic applications

Abstract

Cette thèse présente une combinaison de résultats expérimentaux et théoriques sur les propriétés physicochimiques de la sillénite de fer. Elle est considérée comme un candidat prometteur pour le traitement des eaux usées et/ou la photo-dégradation des polluants et des colorants. En outre, nous explorons la substitution de l'aluminium et l'effet de la déformation triaxiale sur les propriétés physicochimiques de Bi25FeO40 en utilisant des méthodes expérimentales et théoriques, respectivement. Expérimentalement, nous avons synthétisé avec succès de nouveaux composés de sillénite Bi25Fe1-xAlxO40 􁈺x 􀵌 0,00, 0,20, et x 􀵌 0,50􁈻 à 750°C en utilisant la voie de l'état solide. Ensuite, nous prouvons la stabilité structurelle de Bi25FeO40 et Bi25Fe0.80Al0.20O40. Le composé pur présente une transition structurelle d'une phase cubique centrée à une phase monoclinique 􁈺γ→α􁈻 à haute température. Ce phénomène a été observé par XRDHT et con􀏐irmé par des analyses DSC et des mesures diélectriques. En outre, cette anomalie est également constatée pour x 􀵌 0,20 et 0,50. Les mesures magnétiques ont révélé le comportement antiferromagnétique de Bi25FeO40 et Bi25Fe0.80Al0.20O40 sous TN. D'autre part, un comportement paramagnétique est observé pour Bi25Fe0.50Al0.50O40. Les propriétés optiques font de ces matériaux des candidats appropriés pour la photocatalyse et les applications photovoltaïques. De plus, l'étude théorique basée sur la DFT et les MCs con􀏐irme les résultats magnétiques et optiques obtenus. Théoriquement, nous démontrons que Bi25FeO40 peut également être utilisé pour la production d'hydrogène dans une solution basique avec un pH supérieur à 11. A􀏐in d'évaluer l'effet de la déformation triaxiale sur les propriétés structurelles, magnétiques, électroniques et électriques, nous réalisons une étude théorique à l'aide de la DFT. Ceci nous permet de prédire la diminution de gap énergétique électronique, du conductivité électrique et thermique sous un effet de compression de -3%. Au contraire, la résistivité électrique augmente sous un effet de traction de 􀵅3%.