半導體光催化基礎第三章多相光催化-wenkub
2022-11-03 12:48:04 本頁面
【正文】 el） （ 或稱自由電子能級 ） 作為參考點對能量進行絕對標度時 ， 則氧化體系中電子的氧還電勢就是它的費米能 ? 即 re d o xere d o xFE , ~??? 就把電解質(zhì)溶液中電子的電化學勢（費米能級）和固體中電子的費米能級統(tǒng)一于同一的能量標度。 光電催化的基本原理 ? 半導體 /液體結與固液界面的雙電層模型 圖 半導體與電解質(zhì)溶液接觸前后的能帶變化 在理想狀況，半導體為平帶狀態(tài)（圖 (a)），并假定半導體的費米能級高于溶液的氧化電勢。 固體的雙電層是由于該區(qū)中電子和空穴的再分布而形成的 ， 其厚度為 5~200nm。反映半導體中電子填充水平的費米能級亦隨之上移到 EF， ，這就破壞了暗態(tài)平衡條件，兩相間產(chǎn)生了新的電勢差 Δ EF，正是這一電勢差，驅(qū)動體系中的電荷轉(zhuǎn)移。 H2O光解為 H2和 O2的反應是典型的分子儲能反應。這一過程，被稱為光電轉(zhuǎn)換過程。 粉末催化劑與微多相光催化 ? 粉末催化劑是指在尺度為幾百納米的半導體顆粒上或微粒上擔載一定量并有一定分散度的金屬或金屬氧化物微?；蛟訄F簇的催化劑體系。 ? 粉末催化劑體系的 優(yōu)點 ： ? （ 1）粒度很小而懸浮在反應溶液中，且在攪拌作用下不停地進行旋轉(zhuǎn)運動，材料利用率和光能利用效率遠遠高于 PEC電池； ? （ 2）催化劑制備工藝較為簡便，反應系統(tǒng)易于操作；因而在 80年代以后成為光催化工作者采用的主要研究體系。 若將二元半導體 （ 如 TiO2， CdS， ZnO等 ） 表示為 MX（ M—表示化合物的正電性部分 ， X—表示化合物的負電性部分 ） ， 則導帶電子參加的陰極電化學分解反應可表示為： MX+me M+Xm () 意味著半導體被還原 .而空穴參加的陽極分解反應則表示為： MX+nh+ Mn++X （ ） 半導體被氧化 。故一般 n型半導體的光腐蝕主要表現(xiàn)為陽極腐蝕。似乎應遭受陽極腐蝕，然而在水溶液中， H2O的優(yōu)先氧化（ Eox=+ V）將抑制 TiO2的陽極光腐蝕，因而，對陽極光腐蝕也是穩(wěn)定的。導帶邊負于水的還原電位 （ Ered = V），價帶邊卻正于水的氧化電位（ Eox= + V），即對可見光有良好的光譜響應，能帶結構也與水的氧還電位相匹配，曾被認為是實現(xiàn)太陽能光解水的最佳候選材料。 ? （ 3） 表面衍生化 。 ? （ 6） 競爭反應法 ， 即在反應體系中加入氧化電位比半導體的氧化電位更正的組份 ， 作為光生空穴的清掃劑 ， 阻止空穴對半導體的自氧化 。對于單電子反應，量子效率定義為： ? Nph——反應時段內(nèi) ， 入射到電極表面或反應體系中的光量子的總數(shù) ， ? Nm——反應中生成目標產(chǎn)物的分子數(shù) 。 光催化過程的能量分配分析 ?下面仍用 PEC電池模型進一步分析整個光催化過程中各個基元步驟對量子產(chǎn)率的影響。 ORhSurf ??? 陽極氧化反應， （ 6） 221 OHOHh ??? ???H e a thehe d e e p le v e l ???? ??? ???? 體相深能級復合（ 7） *SCSCh Surf ??? 光陽極腐蝕 （ 8） ?? ?? ?? trapSC R ee 表面態(tài)?? ?? ?? trapSC R hh 表面態(tài)H e a thehe tra ptra p ??? ??
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1