Semiconductor photocatalysis is an Advanced Oxidation Technology that uses light as a source of energy to accelerate the degradation of harmful organic pollutants. Current research addresses the development of photocatalysts capable of harvesting visible light (Chapter 1). Bismuth vanadate (BiVO₄) is a semiconductor that can absorb visible light up to 500 nm. It has been succesfully tested for the oxidation of water and some dyes. So far, this material has been synthesized with low specific surface areas (SSA). Flame Spray Synthesis is a cost-effective method for the synthesis of nanoparticles and can be easily scaled up. The Flame Spray Synthesis of BiVO₄ nanoparticles is described in detail. Careful adjustment of the process parameters allowed to control particle size and crystallinity of the as-prepared BiVO₄ powders. Temperature of the collection site was found to hold a critical role on the control of these two properties (Chapter 3). Photocatalytic activity of the as-synthesized powders was then evaluated for the degradation of the Methylene Blue dye under visible-light irradiation. Photocatalyst properties controlled by synthesis parameters were confronted with their photocatalytic activity. It was found that both crystalline and amorphous powders could carry out the N-demethylation of Methylene Blue. Higher SSA lead to higher activity. A crystalline sample with moderate SSA was also found to degrade phenol to some extent at acidic pH but was subject to deactivation. Addition of different electron acceptors improved its photocatalytic activity. In particular, hydrogen peroxide (H₂O₂) could be used as a powerful yet rapidly consumed electron scavenger that enabled the degradation of phenol and dichloroacetate at neutral pH (Chapter 4). Advanced electrochemical and photochemical methods gave evidence of the poor reducing power of conduction-band electrons of BiVO₄. Besides, the presence of deep traps associated with the change of coordination goemetry of vanadium surface atoms upon photoexcitation has been correlated with the apparent photocatalytic activity of flame-made BiVO₄ at pH 2. Finally, a mechanism involving the regneration of MB after its reduction when used as an electron acceptor has been proposed (Chapter 5). The flame spray synthesis of BiVO₄ might be developed to produce high-SSA amorphous photocatalysts for the selective N-demethylation of Methylene Blue. Regarding the development of novel photocatalysts, the understanding of the role of the atomic surface structure should become a priority to increase their activity.

La photocatalyse sur semiconducteur est une technologie d’oxydation avancée qui utilise la lumière comme source d’énergie pour accélérer la dégradation de polluants organiques nocifs. La recherche actuelle s’intéresse au développement de photocatalyseurs capables de capter la lumière visible (Chapitre 1). Le vanadate de bismuth (BiVO₄) est un semiconducteur qui absorbe la lumière visible jusqu’à 500 nm. Sa capacité à oxyder l’eau ainsi que certains colorants a été prouvée. Jusqu’à présent, la synthèse de ce matériau n’a débouché que sur de faibles surfaces spécifiques (SS). La technologie de spray sur flamme est une méthode à faible coût pour la synthèse de nanoparticules qui peut facilement être appliquée à grande échelle. Elle est ici décrite en détail. Un bon ajustement des paramètres du procédé ont permis le contrôle de la taille des particules et de la cristallinité des poudres de BiVO₄ ainsi produites. La température sur le lieu de recueillement de la poudre joue un rôle critique dans le contrôle de ces deux propriétés (Chapitre 3). L’activité photocatalytique des poudres synthétisées a été évaluée par la dégradation du colorant Bleu de Méthylène sous illumination visible. Les propriétés des photocatalyseurs contrôlées par les paramètres de la synthèse ont été confrontées à leur activité. Il a été observé qu’autant les poudres amorphes que les cristallines sont capable d’effectuer la N-déméthylation du Bleu de Méthylène. Davantage d’activité a été observé pour les poudres présentant une SS plus élevée. Un échantillon cristallin doué d’une SS modérée peut dégrader le phénol dans une certaine mesure à pH acide mais est sujet à déactivation. L’addition de différents accepteurs électroniques en améliore néanmoins l’activité photocatalytique. En particulier, le peroxyde d’hydrogène (H2O2) a été employé comme un accepteur électronique puissant malgré sa consommation rapide pour permettre la dégradation du phénol et du dichloroacétate à pH neutre (Chapitre 4). Des méthodes d’analyse électrochimiques et photochimiques avancées ont mis en évidence le faible pouvoir de réduction des électrons de la bande de conduction de BiVO4. De plus, la présence de pièges profonds associés à un changement de géométrie de coordination des atomes de surface de vanadium liés à la photoexcitation est correlée avec l’activité photocatalytique apparente à pH 2 de BiVO4 fabriqué par flamme. Enfin, un mécanisme mettant en jeu la régénération du Bleu de Méthylène après sa réduction lors de son utilisation comme accepteur électronique a été proposé (Chapitre 5). La synthèse par spray sur flamme de BiVO4 pourrait être développée pour la production de photocatalyseurs amorphes à haute SS pour la N-déméthylation du Bleu de Méthylène. Concernant le développement de nouveaux photocatalyseurs, la compréhension du rôle de la structure atomique de surface devrait devenir une priorité en vue de l’amélioration de leur activité.