TiO2 and Ti-Cu-O photcatalytic thin films deposited by AA-MOCVD for marine antibiofouling applications

Depuis 2003, l'utilisation du tributylétain (TBT) dans les revêtements antisalissures marins est interdite en raison de sa toxicité pour l'environnement. La dernière décennie a vu l'émergence d'un nouveau domaine de recherche sur les revêtements antisalissures respectueux de l'environnement. L'activité photocatalytique du TiO2, combinée à des propriétés non toxiques et résistantes à la corrosion et à une bonne stabilité chimique dans des conditions salines, fait de cet oxyde une bonne alternative écologique aux revêtements antisalissures pour les environnements marins. Les propriétés photocatalytiques du TiO2 permettent de générer localement des espèces réactives de l'oxygène (ROS) telles que OH° ou H2O2 qui peuvent directement ou indirectement endommager les cellules. Même si des résultats prometteurs ont été obtenus lors d'expériences in vitro, l'exposition limitée à la lumière du soleil en mer et la plage d'absorption restreinte du TiO2 dans le spectre solaire (UV) sont des problèmes importants. Pour améliorer les propriétés antisalissures du TiO2, nous avons suivi deux stratégies : l'augmentation de la surface effective par microstructuration et la synthèse de films minces composites comprenant du Cu.Dans ce contexte, des couches minces de TiO2 ont été synthétisées par dépôt chimique en phase vapeur métal-organique assisté par aérosol (AA-MOCVD). Après optimisation des paramètres de dépôt, des assemblages de pétales nanométriques, formant des structures hiérarchiques de type microfleurs, sont obtenus sur un film mince de TiO2. La première partie de la thèse se concentre sur la caractérisation de la morphologie de ces micro-fleurs, et leur distribution sur le film mince de TiO2 en utilisant des techniques d'imagerie et des outils de traitement d'image. Ensuite, l'impact de ces micro-fleurs sur diverses propriétés telles que la surface effective, la rugosité et la mouillabilité est étudié en comparant des films minces de TiO2 plats (TiO2Coating) avec ceux recouverts de micro-fleurs (TiO2Flowers).Deuxièmement, des matériaux composites TiCuO ont été synthétisés par AA-MOCVD. Ce composite devrait augmenter l'activité photocatalytique grâce à l'hétérojonction p-n TiO2-Cu2O qui peut promouvoir la séparation électron-trou et ralentir la recombinaison des charges. L'impact de la concentration du précurseur Cu et de la température de recuit sur la morphologie et la composition de la couche mince est étudié à l'aide de diverses techniques de caractérisation telles que SEM-EDX, XRD, AFM et XPS.Les propriétés photocatalytiques des composites TiO2Coating, TiO2Flowers et TiCuO sont ensuite étudiées en suivant la dégradation oxydative d'un colorant modèle. Les mécanismes photocatalytiques des différents échantillons sont étudiés par l'identification et la quantification des espèces ROS générées à l'aide de sondes de fluorescence et de luminescence. De plus, l'impact de la photocatalyse sur la composition et la mouillabilité du film est étudié à l'aide de mesures XPS et de l'angle de contact.Enfin, l'interaction entre les échantillons de TiO2Coating et TiO2Flowers et les organismes biologiques est étudiée aux échelles moléculaire et cellulaire. L'adsorption de protéines est quantifiée par QCMd et les propriétés antisalissures vis-à-vis de Vibrio harveyi sont démontrées à l'aide d'expériences de culture in vitro.