| Photoinduced electrochemiluminescence at semiconductor electrodes (Électrochimiluminescence photoinduite sur des électrodes semiconductrices) Zhao, Yiran - (2023-12-21) / Université de Rennes - Photoinduced electrochemiluminescence at semiconductor electrodes
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Loget, Gabriel Discipline : Chimie physique, chimie théorique Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : S3M Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : Photoélectrochimie, Silicium, Junctions, Electrochimiluminescence
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Résumé : L'électrochimiluminescence photoinduite (PECL) est la combinaison de la photoélectrochimie des semiconducteurs et de l'électrochimiluminescence (ECL). Ce phénomène n'a été rapporté que dans peu de travaux car les photoélectrodes, indispensable à ce procédé, sont généralement sujettes à une haute instabilité en solution aqueuse. Dans cette thèse, des photoanodes ayant une structure métal-isolant-semiconducteur (MIS), composées de Si comme absorbeur de lumière, d'une couche tunnel de SiOx et d'une couche mince métallique (Pt, Ir, Ni), sont d'abord décrits pour deux systèmes ECL anodiques : [Ru(bpy)₃]²⁺-TPrA et luminol-H₂O₂. En pratique, l'excitation proche infrarouge (NIR) de la photoanode soumise à un potentiel produit une émission à 630 nm pour [Ru(bpy)₃]²⁺ et à 440 nm pour le luminol, entraînant un décalage entre les longueurs d’ondes d’excitation et d’émission de -220nm et de -410 nm, respectivement, entraînant un décalage entre les longueurs d’ondes d’excitation et d’émission de -220 nm et de -410 nm, respectivement. Ensuite, des systèmes ECL tout optique (AO-ECL) sont développés avec des jonctions photovoltaïques spécifiques en Si avec le système luminol-H2O2 sans fil ni polarisation externe. Les photovoltages générés dans ces jonctions sous illumination NIR sont suffisamment élevés pour déclencher simultanément une réaction anodique ECL sur une anode modifiée en C, Au ou Pt et réduire le H₂O₂ sur une cathode modifiée en Pt. Enfin, La PECL localisée et l'imagerie NIR sont appliquées sur des micropiliers en Si dans [Ru(bpy)₃]²⁺-TPrA. Malgré la grande longueur de diffusion des trous dans le Si cristallin, les micropiliers permettent de confiner les trous, ouvrant des perspectives prometteuses pour la microscopie et l'imagerie. Abstract : Photoinduced electrochemi-luminescence (PECL) is the combination of semiconductor photoelectrochemistry and electrochemiluminescence (ECL). This phenomenon has been reported in only a few works, as the photoelectrodes essential to this process are generally subject to high instability in aqueous solution. In this thesis, photoanodes with a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure, composed of Si as light absorber, a SiOx tunnel layer and a thin metal layer (Pt, Ir, Ni), are first described for two anodic ECL systems: [Ru(bpy)₃]²⁺-TPrA and luminol- H₂O₂. In practice, near-infrared (NIR) excitation of the photoanode under potential produces emission at 630 nm for [Ru(bpy)₃]²⁺ and 440 nm for luminol, resulting in a shift between excitation and emission wavelengths of -220 nm and -410 nm, respectively. Then, all-optical ECL (AO-ECL) systems are developed with specific photoactive junctions in Si with the luminol- H₂O₂ system without wires or external bias. The photovoltages generated in these junctions under NIR illumination are high enough to simultaneously trigger an anodic ECL reaction on a C, Au or Pt-modified anode and reduce H2O2 on a Pt-modified cathode. Finally, localized PECL and NIR imaging are applied to Si micropillars in [Ru(bpy)₃]²⁺-TPrA. Despite the long diffusion length of the holes in crystalline Si, the micropillars enable a confinement of the holes, opening up promising prospects for microscopy and imaging. | |||