Authors: Jihan Lubani
Source: Thèses en ligne de l'Université Toulouse III (Université Toulouse III) (preprint, 2022-06-08)
Field: Materials Science — Materials Chemistry

Interactions métal/ligand à la surface d’oxydes métalliques et de nanostructures La présente thèse étudie les oxydes métalliques et leur engagement dans les différents domaines. Nous avons concentré nos travaux sur les domaines de la géochimie environnementale, du patrimoine culturel et de la photocatalyse basée sur les interactions des oxydes métalliques. Géochimie environnementale. Les ZnO sont des systèmes courants présents dans divers contextes et également des systèmes modèles largement étudiés. Les nanoparticules de ZnO se trouvent dans le sol et l'eau, il est donc important d'étudier le devenir et le comportement de ce matériau dans l'environnement, et les isotopes sont des outils efficaces pour atteindre cet objectif. Des simulations informatiques peuvent compléter l'analyse directe des matériaux de ces systèmes. En particulier, nous avons concentré notre étude théorique sur l'évaluation de l'effet de surface sur la signature isotopique. Les nanoparticules de ZnO ont-elles une composition isotopique de Zn différente de celle des cristaux de ZnO en vrac dans des conditions d'équilibre ? Afin de répondre à cette question, nous avons effectué des calculs de structure et de fréquence basés sur la DFT sur différents modèles structurels. Les propriétés isotopiques sont ensuite déterminées à partir des fréquences vibrationnelles. Trois types de modèles structuraux ont été considérés : la structure brute du ZnO, les surfaces des dalles (1 0 1 ¯ 0) et (2 1 ¯ 1 ¯ 0), et une nanoparticule modèle. Les résultats obtenus permettent de discuter de l'effet de surface et des propriétés isotopiques des nanoparticules de ZnO. Héritage culturel. Des stratégies avancées de modélisation informatique ont été appliquées au patrimoine culturel pour comprendre les processus de dégradation des matériaux de peinture. La dégradation du ZnO conduit à la formation de complexes d'ions Zn et d'acides gras. S'agissant d'un problème sérieux affectant l'apparence des peintures à l'huile, il est pertinent de caractériser la structure de ces complexes pour comprendre les voies réactionnelles de ce processus de dégradation. Des calculs DFT ont été effectués pour étudier l'adsorption d'acétate et d'acide acétique sur des amas de ZnO et la formation de complexes Zn-acétate. Les acides carboxyliques avec des chaînes alkyles plus longues ont ensuite été étudiés comme modèles plus réalistes d'acides gras. Des calculs DFT utilisant une dalle périodique de ZnO ont été effectués pour comparer les résultats obtenus à différents niveaux de théorie. Les calculs d'optimisation et les énergies de formation des systèmes couplés ZnO@carboxylate et la thermodynamique conduisant à d'éventuels produits de dégradation ont été calculés. Nos résultats mettent en évidence le potentiel des calculs DFT pour mieux comprendre la dégradation des peintures dans le but de renforcer les stratégies des peintures. En photocatalyse, des réactions peuvent avoir lieu en utilisant la lumière et un semi-conducteur : dans ce mécanisme, une paire électron-trou est générée lors de l'exposition d'un matériau semi-conducteur à la lumière, puis l'électron excité est utilisé pour réduire une espèce acceptrice tandis que le trou peut simultanément s'oxyder une espèce donneuse. Les propriétés photocatalytiques du TiO2 en font un photocatalyseur idéal. Il affiche une énergie de bande interdite élevée et est connu pour rendre le processus de dégradation photocatalytique peu coûteux et facile sous la lumière du soleil. Le ZnO a également montré un immense potentiel en tant que photocatalyseurs et présente des propriétés similaires à celles du TiO2. Ce travail donne un aperçu des effets de la photocatalyse pour dégrader le coronavirus à l'aide de semi-conducteurs d'oxyde métallique TiO2 et ZnO. Dans cette étude préliminaire, nous nous sommes concentrés sur l'interaction entre TiO2 / ZnO et des modèles de phospholipides qui assemblent l'environnement du coronavirus et pourraient s'adsorber à la surface, en utilisant différents modèles et méthodes pour calculer l'énergie associée à l'adsorption du phospholipide au niveau de l'oxyde métallique surface. Metal ; Materials science ; Oxide ; Ligand (biochemistry) ; Nanotechnology ; Nanostructure ; Metallurgy ; Chemistry ; Receptor Catalytic Processes in Materials Science ; Electronic and Structural Properties of Oxides ; Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques