Strained SnO2 Properties and Applications as predicted by Density Functional Theory (DFT)

Abstract

La présente thèse a été dédiée à l'étude théorique des propriétés du SnO2 sous contrainte et ses applications. Cela étant, nous avons utilisé des méthodes de calcul se basant sut la théorie de la densité fonctionnelle (DFT), pour moduler la structure de bande de SnO2 en appliquant une contrainte biaxiale sur son plan ab visant à améliorer sa performance à la conversion thermoélectrique, décomposition de l’eau, et détection de carbone monoxyde. La déformation structurelle provoquée par une contrainte appliquée conduit directement à la variation de la structure de bande. La modulation de structure de bande est la source principale de la variation des propriétés physiques du SnO2. En effet, nous avons constaté que sous compression, une bande interdite plus large entraîne une augmentation du coefficient de Seebeck, alors que sous dilatation, les conductivités électriques et thermiques augmentent à cause d'une bande interdite réduite. Cet enjeu entraîne une variation du facteur de mérite sous contrainte qui atteint sa valeur supérieure en compression pour des températures inférieures à 400 K. De plus, un gap réduit sous traction induit l’absorption de la lumière visible et augmente la mobilité des porteurs des charges. Bien que, pour ajuster les niveaux énergétiques de la structure de bande relatifs aux niveaux d'oxydo-réduction de l’eau, une contrainte de compression pour pH ≥ 7 ou une valeur de pH supérieure (pH ≥ 10) est nécessaire. De plus, sous effet de tension, l’affaiblissement de la liaison Sn–O au niveau de la surface améliore l’énergie d’adsorption et le transfert de charge, ce qui peut faciliter l’interaction de SnO2 avec la molécule CO.