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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITÉ FERHAT ABBAS - SÉTIF 1 Faculté des Sciences Département de Chimie MEMOIRE DE MASTER DOMAINE : Sciences de la matière FILIERE : Chimie SPECIALITE : Chimie Physique Thème Présenté par : Encadré par : Kara Rania Pr. A. Azizi Jury de soutenance : Président : S.ISSADI MCA Université Setif-1 Encadreur : A. Azizi Prof Université Setif-1 Examinateur : S.BOUCHAMA MAA Université Setif-1 Promotion: Juin 2017 Electrodeposition des nanostructures d’oxyde de cuivre (Cu2O) « L'échec est le fondement de la réussite ». Lao-Tseu Remerciement Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au Laboratoire de Chimie, Ingénierie Moléculaire et Nanostructure (LCIMN), de l’université Ferhat Abbas- Sétif 1. Je voudrais tout d’abord remercier grandement mon encadreur Monsieur le Professeur Amor Azizi, directeur de (LCIMN), de m’avoir accueilli dans son laboratoire et m’avoir permis de découvrir un domaine d’étude passionnant. J’ai beaucoup apprécié ses grandes qualités humaines, sa disponibilité et ses compétences scientifiques. Je présente également mes sincères remerciements à Madame Loubna Mentar, pour son extrême gentillesse, son aide scientifique et sa grande disponibilité. J’exprime tous mes remerciements à l’ensemble des membres de jury, pour avoir accepté de juger ce travail. Je tiens également à remercier Mademoiselle Hala Lahmar pour son aide précieuse dans les interprétations des résultats et ses précieux conseils lors de la rédaction de ce rapport. Sa compétence et sa disponibilité ont toujours été pour moi une source d’encouragement. Je voudrais remercier Ibrahim Yaacoub bouderbala et Abdelmadjid Herbadji de m’avoir transmis une partie de leur savoir et leurs compétences ainsi que pour m’avoir fait partager leur vision de la recherche tournée vers le partage des informations. Mes remerciements s’adressent aussi à Mademoiselle Meriem Aloui pour ses nombreux conseils et sa participation à la correction de ce rapport. Je ne peux oublier de remercier l’équipe du laboratoire LCIMN pour l’accueil qu’elle m’a réservée, le temps que chacun de ses membres m’a accordé, et plus globalement, pour toutes les informations, références bibliographiques, réflexions, corrections… que chacun m’a apporté et qui ont nourrit ce travail. Pour finir, je tiens à remercier mes parents et mes sœurs qui ont toujours cru en moi et qui m’ont soutenu tout au long de ma formation. Merci pour tout. Merci à tous. Dédicace Tous les mots ne sauraient exprimer la gratitude, l’amour, le respect, la reconnaissance, c’est tous simplement que : Je dédie ce mémoire de master à : A ma tendre mère Souad : Tu représente pour moi la source de tendresse et l’exemple de dévouement qui n’a pas cessé de m’encourager. Tu as fait plus qu’une mère puisse faire pour que ses enfants suivent le bon chemin dans leur vie et leurs études. A mon très cher père Ahmed : Aucune dédicace ne saurait exprimer l’amour, l’estime, le dévouement et le respect que j’ai toujours pour vous. Rien au monde ne vaut les efforts fournis jour et nuit pour mon éducation et mon bien être. Ce travail et le fruit de tes sacrifices que tu as consentis pour mon éducation et ma formation le long de ces années. A mes chère sœurs : Soumia, Sofia, Selma, Lynda et Rym. A qui je souhaite une vie pleine de bonheur, de prospérité et de réussite. A tous les membres de ma promotion : Khalil, Sana, Houssem, Khaoula, Soumia, Fatima, Soror, Maroua, Zahra, Meriem, Ahlem, Djihed, Oussama, Messbah et Lahcen. Ils vont trouver ici le témoignage d’une fidélité et d’une amitié infinie. A tous mes enseignants depuis mes premières années d’études. A tous ceux qui me sens chers et que j’ai omis de citer. Rani a Liste des figures Chapitre I Figure I.1 : Représentation schématique de la structure cristallographique de Cu2O (rouge : oxygène et doré : cuivre)…...………………..…………………………………………………5 Figure I.2 : Schéma représente le processus photocatalytique dans une particule de Cu2O sous illumination…….…………………...………………………………………………………….7 Figure I.3 : Illustrations de la génération de charges au sein d’une cellule photovoltaïque à jonction p-n sous illumination……….…………………………………………………………8 Figure I.4 : Représentation schématique d’une cellule électrochimique avec ses trois électrodes….………………………………………………………………………………….10 Figure I.5 : Principales variables du processus d'électrodéposition…………………………11 Figure I.6 : Modèle d’un processus d’électrodéposition sur une électrode étrangère….…....11 Figure II.7 : Modes de croissance cristalline d’une couche mince…………………………..13 Chapitre II Figure II.1 : Montage électrochimique à trois électrodes…………………...……….………17 Figure II.2: L’allure générale de la courbe voltampérométrique…………………….………20 Figure II.3 : Courbe chronoampérométrique typique……………………………….…….…20 Figure II.4 : Montage expérimental électrochimique à trois électrodes……………….….…21 Figure II.5: Représentation de la jonction SC/électrolyte avant et après immersion……..…22 Figure II.6 : Graphes de Mott-Schottky en fonction du potentiel appliqué pour un semi- conducteur de type p et n…………………………………………………………………..…23 Figure II.7 : Mécanisme de génération de photocourant…………………………….………24 Figure II.8 : Principe du système de mesure de photocourant……………………….………25 Figure II.9 : Famille de plans cristallins en condition de Bragg……………………….……26 Figure II.10 : Schéma de principe d’un microscope à force atomique………………………27 Figure II.11 : Représentation schématique du spectrophotomètre UV-Visible……………...28 Chapitre III Figure III.1: Processus de l’électrodéposition de couche mince de Cu2O………………..…30 Figure III.2: Voltamogramme cyclique d’une électrode de FTO plongée dans un électrolyte support contenant 0.06 M (C6H8O7) + NaOH à une vitesse de balayage Vb = 25 mV/s, pH= 12 et T=70 °C…………………………………………………………………………………….31 Figure III.3: Voltamogramme cyclique d’une électrode de FTO plongée dans un électrolyte contenant 0.05M CuSO4 + 0.06M C6H8O7 + NaOH à une vitesse de balayage Vb=25 mV/s, pH=12 et T=70 °C (les flèches sur le graphique indiquent le sens du balayage du potentiel………..…………………………………………...…………………………………33 Figure III.4: Voltamogrammes d’une électrode de FTO lors de l’électrodéposition du Cu2O à différentes vitesses de balayage………………………………...………………...…………..34 Figure III.5: Variation de l’intensité du pic cathodique (ipc) en fonction de la racine carrée de la vitesse de balayage ( √V ) pour l’électrodéposition de Cu2O sur FTO……………………...35 Figure III.6: Voltamogrammes cycliques d’une électrode de FTO plongée dans un électrolyte contenant 0.05M CuSO4 + 0.06M C6H8O7 + NaOH à une vitesse de balayage Vb=25 mV/s, pH=12 et T=70 °C à différents potentiels limites…………………………………..………..36 Figure III.7: Courbes chronoampérométrique typiques obtenue pendant l’électrodéposition de Cu2O à différents potentiels cathodiques : a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e) -0.65 V/ECS. T= 70 °C et pH= 12 …………………………...………………………………….…37 Figure III.8 : Courbes de Mott-Schottky des nanostructures de Cu2O électrodéposées à différents potentiels cathodiques : a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e)-0.65 V/ECS sur FTO en contact avec l’électrolyte support pour une fréquence de 20 kHz…………………...38 Figure III.9 : Chronoampérométrie à 0V/ ECS des nanostructures de Cu2O électrodéposées à différentes potentiels cathodiques a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e)-0.65 V/ECS sur FTO, dans une solution de 0.5 M Na2SO4, sous irradiation de lumière blanche hachée (« On- Off ») …………………………………………………...……………………………….……41 Figure III.10: Graphe du photocourant Ipc pour des nanostructures de Cu2O électrodéposées à différentes potentiels cathodiques en fonction du potentiel de dépôt E(V/ECS) …...…...…...42 Figure III.11 : Chronoampérométrie à 0V/ECS des nanostructures de Cu2O électrodéposées à différentes potentiels cathodiques : a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e)-0.65 V/ECS sur FTO en contact avec l’électrolyte support Na2SO4 (0.5M). Alternance obscurité/illumination pendant 20 min…………………………..……………...……………………………….……43 Figure III.12: Diffractogrammes des nanostructures de Cu2O électrodéposées sur FTO à différents potentiel: a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e) -0.65V/ECS. T= 70 °C et pH=12…………………………..……………..………...……………………………….……45 Figure III.13: Représentation de la variation de facteur de texturation et la tailles des cristallites lors de l’électrodéposition du Cu2O à différentes potentiel………………….……48 Figure III.14: Spectres de l’absorption optique des nanostructures de Cu2O déposées sur FTO à différents potentiels: a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e) -0.65 V/ECS...….…………49 Figure III.15 : Spectres de transmission optique des nanostructures de Cu2O déposées sur FTO à différents potentiels : a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e) -0.65 V /ECS. T= 70 °C et pH= 12……………………………………..………...………………………………..……50 Figure III.16 :A) Tracé de Tauc, B) Variation de l’énergie du gap optique en fonction du potentiel appliqué : a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d)- 0.60 et e)- 0.65 V/ECS...…………..……51 Figure III.17 : Images AFM 2D et 3D des nanostructures de Cu2O déposées sur un substrat de FTO à différents potentiels cathodiques: a) -0.45, b) -0.50, c) -0.55, d) -0.60 et e)-0.65 V/ECS. Le pH et la température de déposition sont fixés à 12 et 70 °C, respectivement……53 Figure III.18 : Evolution de la rugosité (RMS) des nanostructures de Cu2O en fonction du potentiel appliqué……………………………………...………………………………...……54 Liste des tableaux Chapitre I Tableau I.1 : Données cristallographiques de la cuprite…………………...………..…...……5 Tableau I.2 : Propriétés physiques de Cu2O…………………………..…...………….....……6 Chapitre II Tableau II.1 : Composition de bain électrolytique et conditions expérimentales……..….…19 Chapitre III Tableau III.1: Valeurs expérimentales de Ebp et de NA obtenues à différentes potentiels cathodiques Edépôt…………………………..…...…………..………..…….…..……….....….39 Tableau III.2: Valeurs de photocourant des nanostructures de Cu2O électrodéposées à différentes potentiels cathodiques, à 0V /ECS…..………..………..………..………………..44 Tableau III.3 : Valeurs des paramètres structuraux des nanostructures de Cu2O déposées à différents potentiels…..………..………..………..………..………..………..…..…..……….46 Sommaire Introduction générale Chapitre I : Revue bibliographique I. 1 Les oxydes transparents conducteurs (TCO) I. 2 L’oxyde de cuivre (Cu2O) I. 2. 1 Propriétés de Cu2O I. 2. 2 Applications du Cu2O I. 2. 3 Techniques uploads/Geographie/ rapport-mii-rania-kara 1 .pdf