Synthèse et caractérisations des aérogels nanostructurés de TiO 2 , TiO 2 :Pb et TiO 2 :Nd

Abstract

Dans cette étude, les effets du dopage néodyme (Nd), plomb (Pb) et codopage Nd-Pb sur les propriétés structurales et optiques des nanostructures de TiO 2 élaborées par sol-gel modifié par un séchage dans les conditions supercritiques de l’isopropanol ont été étudiés. Les teneurs atomiques en impuretés sont fixées à 0.5% (Nd) et 5%(Pb). Les caractérisations des échantillons obtenus ont été examinées par diffraction des rayons X (DRX), FTIR, les spectroscopies UV-Visible et de photoluminescence. Les résultats DRX ont montré la présence de la phase brookite dans le TiO 2 pur et dopé Nd. Une troisième phase a été mise en évidence dans l’échantillon dopé Nd. La phase dominante est l’anatase de structure tétragonale. Les dopages ont amélioré la qualité des cristaux, augmenté la taille des nanoparticules et les paramètres de maille, ce qui montre que les ions Nd 3+ et Pb2+occupent les sites Ti4+ à l’intérieur du réseau TiO 2 . Les spectres FTIR ont confirmé la formation du TiO 2 et que le dopage Nd et Pb a augmenté l’intensité de la bande liée à la vibration des liaisons Ti-O et Ti-O-Ti et les décale vers le côté des grands nombres d’onde suite à l’occupation des sites Ti4+par Nd3+et Pb2+ . L’analyse UV-Vis a montré que le dopage amplifie l’absorbance et décale le seuil vers le rouge (diminution du gap), ainsi que l’apparition de bandes spécifiques aux ions Nd3+dans les spectres des aérogels dopé néodyme et codopé. La PL a montré que les dopages Nd et Pbdiminuent drastiquement l'émission UV due à la diminution du taux de recombinaison des paires électron-trou après l'introduction des atomes Nd et Pb et un léger décalage vers les grandes longueurs d'onde de la transition bande-à-bande a été observée. Cette diminution du gap optique est due à la formation d'une bande de niveaux d’énergie dus aux impuretés.