De l’origine controversée des états de défauts dans la bande interdite du dioxyde de titane
Déjà utilisé dans les vitrages auto-nettoyants ou les cellules solaires à colorants, le dioxyde de titane TiO2 sous irradiation lumineuse est un matériau prometteur pour la purification de l’air et de l’eau ou pour la production d’hydrogène par « water splitting ». Ses propriétés photo-catalytiques particulières sont intimement liées aux électrons, dits en excès, produits par l’absorption d’un photon ou par une sous-stœchiométrie. Dans le cas de la forme réduite TiO2-x, les lacunes d’oxygène ou les atomes de titane interstitiels, très étudiés sur la face (110) du polymorphe rutile, jouent un rôle primordial. De façon apparemment antinomique, en raison de la distorsion polaronique induite, les électrons en excès associés contribuent à la conductivité du matériau et à l’apparition d’un état dans la bande interdite vu en photoémission. Mais jusqu’à présent, la réelle contribution des atomes interstitiels à cet état restait plus que controversée. Pour aborder cette question fondamentale pour ce matériau, des chercheurs de l’équipe « Oxydes en basses dimensions » l’INSP ont utilisé la spectroscopie de pertes d’énergie d’électrons à haute-résolution, une technique devenue bien rare…
Références
« Contributions of oxygen vacancies and titanium interstitials to band-gap states of reduced rutile », Jingfeng Li, Rémi Lazzari, Stéphane Chenot, Jacques Jupille, Phys. Rev. B Rapid Comm., 97, 041403(R) (2018)
« Origin, location and transport of excess charges in titanium dioxide », Jingfeng Li, PhD thesis University Pierre and Marie Curie (2016)
« Spectral restoration in reflection energy electron loss spectroscopy based on iterative semi-blind Lucy-Richardson algorithm applied to rutile surfaces », Rémi Lazzari, Jingfeng Li, Jacques Jupille, Rev. Sci. Instrum., 86, 013906 (2015)
