Synthèse et caractérisation de diseleniures lamellaires de métaux de transition MSe2 (M = Mo, W) pour applications photo-électrochimiques

Abstract

L’objet de cette thèse consiste en l’élaboration de matériaux aptes à améliorer la photo-conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Pour ce faire nous nous sommes penchés sur les dichalcogénures lamellaires de métaux de transition de formule MSe2 (M = W, Mo) Après synthèse du composé à 750°C par mélange en quantité stoechiométrique des éléments (métal et chalcogène) dans un tube de quartz scellé sous vide secondaire entre 10-5 et 10-6 torr, la poudre polycristalline obtenue est recuite à 1050°C pendant cinq (5) jours dans un four de synthèse. Des poudres polycristallines dopées au niobium ou au rhénium à 1% atomique ont été aussi préparées et serviront de solutions mères pour la préparation de différentes dilutions. L’étape suivante du travail a consisté à utilisé différentes techniques d’analyse (Diffraction aux rayons X, Microscopie électronique à balayage, Microanalyse X, Microscopie électronique en transmission, Micro-gravimétrie, Cartographie) pour déterminer la structure et la microstructure des poudres polycristallines élaborées. Ces différentes analyses ayant montré que les poudres synthétisées sont homogènes et parfaitement cristallisées, nous avons envisagé leur utilisation pour l’élaboration de monocristaux par transport chimique en phase vapeur (TPV) en utilisant différents agents de transports tels que TeCl4 et SeCl4. Ces monocristaux se présentent sous forme d’empilements de feuillets qu’on peut facilement cliver en séparant les lamelles dans le sens naturel des couches. Après différentes caractérisations de ces monocristaux qui ont montré leur aptitude à être utilisés pour différentes mesures physiques et électrochimiques, nous avons procédé à l’étude des propriétés semi-conductrices et photoconductrices de ces monocristaux. Les résultats obtenus par mesure de photo-courant montrent que les monocristaux de MoSe2 et WSe2 et ceux dopés au niobium manifestent une semi-conduction de type n. Le dopage au niobium des monocristaux améliore nettement le photo- courant. TeCl4 se révèle incontestablement comme le meilleur agent transporteur des monocristaux de MoSe2 et WSe2. Les valeurs de courant de saturation obtenus sont satisfaisants et atteignent une valeur maximale de 112 mA avec des monocristaux de MoSe2 obtenus par transport avec TeCl4, ce qui laisse bien augurer de l’utilisation de tels monocristaux en tant qu’électrodes de travail dans une cellule électrochimique à finalité appliquée telle que : conversion de l’énergie solaire en énergie électrique, photo-électrolyse de l’eau...etc