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Chapitre 3 Elaboration et caractérisations de photocatalyseurs

3.2 Caractéristiques des particules de platine

La diffraction des rayons X permet d’obtenir une taille moyenne des cristallites, mais pas

une distribution détaillée de la taille des particules présentes. Aussi, la microscopie électronique

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à transmission (MET) a été utilisée pour déterminer les distributions en taille, ainsi que la

morphologie des nanoparticules de platine.

3.2.1Influence de la méthode de dépôt

Une étude a été menée sur l’influence des différentes méthodes de dépôt sur la taille

moyenne et la morphologie des nanoparticules de platine. La Figure 3.23 représente les

photographies MET obtenues après dépôt de platine par imprégnation à humidité naissante et à

échange d’ions sur un même support de TiO

2

(anatase : support « c »). Les teneurs de platine

déposées ont été identifiées par ICP-OES comme étant équivalentes dans les deux cas (fraction

massique de 0,34 ± 0,03 pds. % en platine).

Imprégnation à humidité naissante Imprégnation à échange d’ions

Figure 3.23 : Images MET des nanoparticules de Pt (0,34 ± 0,03 pds. % massique en Pt) pour les méthodes d’imprégnation à humidité naissante (a et b) et à échange d’ions (c et d) sur un même

support d’anatase (support « c », pH = 7,0, K/Ti = 0, T = 180°C et t = 48 h)

La distribution en taille des particules de platine a été déterminée à partir des

photographies MET obtenues (Figure 3.24). Le Tableau 3.4 reporte les différents diamètres

moyens de Fèret obtenus pour ces deux méthodes d’imprégnation. Le détail des distributions

en taille est reporté dans l’annexe II.

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Figure 3.24 : Distribution en taille des particules pour les méthodes d’imprégnation à humidité naissante et à échange d’ions sur un support d’anatase (support « c »)

La méthode d’imprégnation à échange d’ions présente un seul diamètre moyen de Fèret

à 2,1 nm qui représente l’ensemble des nanoparticules de platine et un indice d’allongement

de 1. La méthode d’imprégnation à humidité naissante présente deux diamètres moyens de

Fèret à 2,7 nm et 5,2 nm. L’indice d’allongement obtenu pour la méthode d’imprégnation à

humidité naissante est de 0,98 (D

Ml

= 3,79 nm et D

ML

= 3,84 nm), révélant des nanoparticules

isotropes.

Tableau 3.4 : Diamètres moyens de Fèret des nanoparticules de platine, identifiés pour les deux méthodes d’imprégnation sur le support d’anatase (pH = 7,0, K/Ti = 0, T = 180°C et t = 48 h)

Imprégnation à échange d’ions Imprégnation à humidité naissante

Diamètres moyens de Fèret (nm)

2,1 2,7

5,2

Si la méthode d’imprégnation à échange d’ions présente une distribution de taille des

nanoparticules de platine étroite, ce n’est pas le cas de la méthode d’imprégnation à humidité

naissante. Toutefois, les particules obtenues sont isotropes quelle que soit la méthode de dépôt

appliquée sur ce support monophasique d’anatase.

Une étude similaire a été menée sur le catalyseur commercial P25. La Figure 3.25

montre les photographies MET obtenues pour les méthodes d’imprégnation à échange d’ions et

à humidité naissante, ainsi que pour le photodépôt. Les quantités de platine déposées ont été

identifiées par analyse chimique comme étant équivalentes pour les trois dépôts (fraction

massique de 0,38 ± 0,03 pds. % en platine).

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Imprégnation à échange d’ions Imprégnation à humidité naissante Photodépôt

Figure 3.25 : Photographies MET des nanoparticules de Pt (0,38 ± 0,03 pds. % en Pt) pour les méthodes d’imprégnation à échange d’ions (a), d’imprégnation à humidité naissante (b) et de photodépôt (c) sur

le P25

À partir de ces photographies, la distribution en taille des particules de platine a été

mesurée (Figure 3.26).

Figure 3.26 : Distribution en taille des particules de platine pour les différentes méthodes de dépôt sur le P25 (0,38 ± 0,03 pds. % en Pt)

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Tableau 3.5 : Caractéristiques des nanoparticules de Pt pour les différentes méthodes de dépôt appliquées au P25 (0,38 ± 0,03 pds. % en Pt)

Imprégnation à échange d’ions

Imprégnation à

humidité naissante Photodépôt

Diamètres moyens de Fèret (nm) 3,6 6,0 12,0 25,0 2,4 4,0 8,0 3,6 6,3 10,2 Diamètre moyen sur la

largeur (nm) 3,1 2,3 2,4

Diamètre moyen sur la

longueur (nm) 8,8 3,4 5,3

Indice d’allongement 0,35 0,68 0,45

Le Tableau 3.5 récapitule les caractéristiques obtenues sur la taille des nanoparticules de

platine. Plusieurs diamètres moyens de Fèret sont identifiables quelle que soit la méthode de

dépôt utilisée sur ce support. La méthode d’imprégnation à humidité naissante présente des

particules plus petites (entre 2,4 nm et 8,0 nm) que pour la méthode d’imprégnation à échange

d’ions (entre 3,6 nm et 25,0 nm) et similaire au photodépôt (entre 3,6 nm et 10,2 nm). Les

indices d’allongement sont compris entre 0,35 et 0,7 pour ces méthodes indiquant des

particules anisotropes.

Bien que les nanoparticules de platine soient anisotropes sur le P25, ces dernières

semblent plus petites pour la méthode d’imprégnation à humidité naissante que pour la

méthode d’imprégnation à échange d’ions. Le photodépôt et l’imprégnation à humidité

naissante présentent des tailles de nanoparticules de platine équivalentes.

La méthode d’imprégnation à échange d’ions présente des particules plus petites que la

méthode d’imprégnation à humidité naissante sur un support d’anatase. Toutefois, cette

tendance s’inverse sur le P25. De plus, les particules de platine obtenues sont isotropes sur le

support d’anatase et anisotropes sur le P25. La principale différence entre les deux supports

utilisés étant leur composition cristalline, l’influence du support sur les particules de platine

déposées a été suivie.

3.2.2Influence du support

Le platine a été déposé par imprégnation à échange d’ions sur plusieurs supports (TiO

2

)

monophasiques (anatase), biphasiques (anatase/brookite) et triphasiques

(anatase/rutile/brookite). Les teneurs massiques, identifiées par ICP-OES, en platine sont

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comprises dans l’intervalle de 0,35 ± 0,05 % pour l’ensemble de ces catalyseurs. La Figure 3.27

montre différentes photographies obtenues pour l’ensemble des supports utilisés.

Monophasiques (A) Biphasiques (A/B) Triphasiques (A/R/B)

Figure 3.27 : Photographies MET obtenues pour des catalyseurs monophasiques (c, g, h), biphasiques (n, o, r) et triphasiques (s, v) après imprégnation à échange d’ions de Pt (0,35 ± 0,05 pds. % en Pt)

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Les catalyseurs monophasiques semblent présenter de nombreuses petites particules de

platine tandis que les catalyseurs polyphasiques présentent des formes bien plus complexes,

voire des agglomérats de particules.

Les distributions en taille sont reportées sur la Figure 3.28, tandis que le Tableau 3.6

reporte les caractéristiques des particules de platine obtenues pour les différents supports.

Figure 3.28 : Distribution en taille des particules de platine pour des catalyseurs monophasiques (c, g, h), biphasiques (n, o, r) et triphasiques (s, v) après imprégnation à échange d’ions de Pt

(0,35 ± 0,05 pds. % en Pt)

La distribution en taille des particules de platine sur les photocatalyseurs

monophasiques présente un seul diamètre moyen de Fèret compris entre 1,5 nm et 2,1 nm

(échantillons c, g et h). Les nanoparticules de platine semblent donc isotropes pour ces

photocatalyseurs. Le diamètre moyen des particules de platine dans l’ordre décroissant est :

D

F(c)

> D

F(g)

> D

F(h)

, inversement les surfaces spécifiques sont dans l’ordre : S

BET(c)

< S

BET(g)

< S

BET(h)

.

Ainsi, l’augmentation de la taille moyenne des particules de platine coïncide avec une

diminution de la surface spécifique mesurée pour les photocatalyseurs monophasiques.

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Tableau 3.6 : Caractéristiques des nanoparticules de Pt pour les différents supports avec dépôt par imprégnation à échange d’ions (0,38 ± 0,03 pds. % en Pt)

Support monophasiques biphasiques triphasiques (c) (g) (h) (n) (o) (r) (s) (v)

Diamètres moyens de Fèret

(nm) 2,1 1,6 1,5 1,9 3,4 6,0 2,1 4,0 3,6 6,2 10,1 3,6 7,0 12,7