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
100
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.
101
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).
102
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)
103
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
104
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)
105
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.
106
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