Comparaison des conversions initiales et finales et des vitesses de réactions

Les films LbL PEI(TiO2/FLG)n et PEI(TiO2/PDDA)n contenant entre 5 et 100 LP sont comparés de

manière plus détaillée sur la Figure 74, en terme de conversions initiales et finales (a) et de vitesses d’élimination du DES (b). Ces dernières sont corrélées avec le nombre de LP et la quantité de TiO2.

Figure 74 : a) Conversions initiales et finales des films LbL PEI(TiO2/PDDA)n et PEI(TiO2/FLG)n vis-à-vis de la photo-oxydation

du DES (8,9 mL·min-1, 50% RH, C0 ≈ 500 ppm) sous illumination UV-A (55 W·m-2 dont 48 W·m-2 dans la fenêtre spectrale

UV-A) ; b) Vitesse de d’élimination du DES des films LbL PEI(TiO2/PDDA)n et PEI(TiO2/FLG)n en fonction de la quantité de

TiO2, du nombre de LP et de l’épaisseur.

Dans l’absolu, il n’est pas aisé de comparer les activités des films LbL PEI(TiO2/PDDA)n et

PEI(TiO2/FLG)n. En effet, il y a plusieurs critères de comparaison : en fonction de l’épaisseur

(conduisant à des différences de porosité des structures), en fonction de la quantité de TiO2

contenue dans les films (influant sur le nombre de sites actifs présents) ou encore en fonction du nombre de LP (correspondant à un temps de fonctionnalisation similaire).

Sur la Figure 74a, on observe que les conversions initiales et finales (pour des nombres de LP équivalents) sont globalement plus élevées pour les films LbL PEI(TiO2/PDDA)n que pour les films

PEI(TiO2/FLG)n, ce qui peut s’expliquer par des épaisseurs et teneurs en TiO2 plus élevées dans le

premier cas. Néanmoins, l’évolution des vitesses de réaction des films LbL PEI(TiO2/PDDA)n et

PEI(TiO2/FLG)n en fonction du nombre de LP et de la quantité de TiO2 est très différente, comme le

montre la Figure 74b. Ces différences sont explicitées davantage dans le Tableau 19.

Echantillons C. de TiO2 surfacique (g·m-2) TiO2 déposé (mg) Epaisseur (nm)

Vitesse d’élimination du DES

(10-3 mg DES/min·mg TiO2) (a) PEI(TiO2/PDDA)5 0,4 ± 0,1 1,4 ± 0,2 280 ± 10 12 ± 2 (b) PEI(TiO2/FLG)20 0,2 ± 0,02 0,7 ± 0,1 300 ± 40 31 ± 5 (c) PEI(TiO2/FLG)30 0,5 ± 0,05 1,3 ± 0,2 460 ± 60 32 ± 5 (d) PEI(TiO2/PDDA)20 1,9 ± 0,2 5,7 ± 0,8 940 ± 60 11 ± 2 (e) PEI(TiO2/FLG)75 2,1 ± 0,2 5,8 ± 0,8 1190 ± 150 12 ± 2 (f) PEI(TiO2/PDDA)10 0,7 ± 0,1 1,8 ± 0,3 750 ± 50 14 ± 2 (g) PEI(TiO2/FLG)10 0,1 ± 0,01 0,3 ± 0,04 140 ± 15 68 ± 10 (h) PEI(TiO2/PDDA)100 12,2 ± 1,2 32,9 ± 4,7 4830 ± 400 4 ± 1 (i) PEI(TiO2/FLG)100 3,6 ± 0,4 10,1 ± 1,5 1600 ± 200 9 ± 1

Tableau 19 : Comparaison des teneurs en TiO2, épaisseurs et vitesses d’élimination du DES de films LbL PEI(TiO2/PDDA)n et

PEI(TiO2/FLG)n. C. représente la concentration.

D’après ce Tableau 19, il est néanmoins possible de comparer certains films, comme par exemple :

- Le film PEI(TiO2/PDDA)5 (a) avec le film PEI(TiO2/FLG)20 (b) : Les films ont des épaisseurs proches (≈ 300 nm pour PEI(TiO2/FLG)20 et ≈ 280 nm pour PEI(TiO2/PDDA)5). Le film à base de

FLG contient 2 fois moins de TiO2 que le film à base de PDDA (0,2 vs 0,4 g·m-2, soit 0,7 g de TiO2

pour le film à base de FLG et 1,4 pour celui à base de PDDA), et pourtant le film à base de FLG

est presque 3 fois plus actif en terme de vitesse de réaction que le film à base de PDDA (31 vs

12·10-3 mg DES/min·mg TiO2).

- Le film PEI(TiO2/PDDA)5 (a) avec le film PEI(TiO2/FLG)30 (c): Les deux films renferment des

quantités de TiO2 proches (0,5 g·m-2 de TiO2 pour le film à base de FLG, soit 1,3 mg au total et

0,4 g·m-2 de TiO2 pour le film de référence avec PDDA, soit 1,4 mg au total). Pourtant, le film à

base de FLG présente une vitesse de réaction presque 3 fois supérieure à celle du film de référence. Il est important de noter que pour ces deux films, les épaisseurs diffèrent d’environ

30 % (≈ 460 nm pour PEI(TiO2/FLG)30 et ≈ 280 nm pour PEI(TiO2/PDDA)5, estimées d’après les

mesures d’ellipsométrie). Ainsi, à quantité de TiO2 déposée similaire, les films à base de FLG semblent plus volumineux et plus poreux.

- Le film PEI(TiO2/PDDA)20 (d) avec le film PEI(TiO2/FLG)75 (e): Les deux films contiennent aussi des quantités de TiO2 proches (2,1 g·m-2 de TiO2 pour le film à base de FLG, soit 5,8 mg au total

et 1,9 g·m-2 de TiO2 pour le film à base de PDDA, soit 5,7 mg au total) et présentent des activités

photocatalytiques similaires (11 et 12 · 10-3 mg DES/min·mg TiO2). Il est important de noter que

pour ces deux films, les épaisseurs varient de l’ordre de 20 % (≈ 1190 nm pour PEI(TiO2/FLG)75 et

≈ 940 nm pour PEI(TiO2/PDDA)20, estimées d’après les mesures d’ellipsométrie et de MEB). Ainsi,

nous pouvons en déduire comme précédemment qu’à quantité de TiO2 déposée similaire, les films à base de FLG sont plus volumineux et plus poreux. Néanmoins, on peut noter, en

comparant avec les cas précédents (à quantité de TiO2 comparable), que le bénéfice des films

LbL contenant FLG se réduit pour des films plus épais.

- Le film PEI(TiO2/PDDA)10 (f) avec le film PEI(TiO2/FLG)10 (g) : Ces films possèdent le même nombre de LP et nécessitent ainsi le même temps pour être construits avec le robot. Le film à

base de FLG contient environ 6 fois moins de TiO2 que le film à base de PDDA (0,1 vs 0,7 g·m-2, soit 0,3 mg de TiO2 pour le film à base de FLG et 1,8 pour celui à base de PDDA). Pourtant le film

à base de FLG est 5 fois plus actif en terme de vitesse d’élimination du contaminant que le film à base de PDDA (68 vs 14·10-3 mg DES/min·mg TiO2).

- Le film PEI(TiO2/PDDA)100 (h) avec le film PEI(TiO2/FLG)100 (i): Ces films possèdent le même nombre de LP et nécessitent environ 110 heures chacun pour être construits avec le robot (environ 5 jours consécutifs). Le film à base de FLG contient environ 3 fois moins de TiO2 que le

film à base de PDDA (3,6 g·m-2 vs 12,2 g·m-2, soit 10,1 mg de TiO2 pour le film à base de FLG et

32,9 pour celui à base de PDDA). Néanmoins, le film à base de FLG est 2 fois plus actif que le film à base de PDDA (9 vs 4 · 10-3 mg DES/min·mg TiO2) en terme de vitesse de dégradation du DES.

Ce qu’il faut retenir de ces comparaisons :

- (i) à quantité de TiO2 équivalente, et ceci jusqu’à des épaisseurs d’environ 1 µm, les films contenant du FLG présentent des vitesses d’élimination du DES (10-3 mg DES/min·mg TiO2)

beaucoup plus élevées.

- (ii) à nombre de LP équivalent, les films avec FLG conduisent à des vitesses d’élimination du

DES supérieures.

- (iii) les films à base de FLG semblent plus volumineux que les films à base de PDDA, ceci à quantité équivalente de TiO2. Ceci peut signifier que les films à base de FLG sont plus poreux, ce

qui coïncide avec les mesures de porosité au krypton, réalisées précédemment (voir le Chap. II, la Figure 51b, page 108).