半導(dǎo)體光催化基礎(chǔ)第三章光催化劑-文庫(kù)吧資料
2024-10-24 12:16本頁(yè)面
【正文】 往正方向變化，將使能帶彎曲量增大。在光電化學(xué)研究中，較為流行且行之有效的測(cè)量平帶電位 Efb的方法是微分電容法。 由光電流 iph的臨界波長(zhǎng) λ g可求得該半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 Eg。 光電流法測(cè)量 Eg的裝置如圖所示： 1光源， 2透鏡， 3單色儀，4半導(dǎo)體電極， 5對(duì)電極， 6微安表。 摻雜二氧化鈦的能級(jí)示意圖 半導(dǎo)體能帶圖的建立 ?半導(dǎo)體的能帶圖，對(duì)于催化材料的選擇，電荷轉(zhuǎn)移的熱力學(xué)分析及某些反應(yīng)機(jī)理的研究，特別是隨著一些新型材料的合成，半導(dǎo)體改性及雜質(zhì)效應(yīng)等因素對(duì)基礎(chǔ)材料的調(diào)變作用，對(duì)具體材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)的研究，均顯得十分必要。 雜質(zhì)摻雜敏化 摻雜元素對(duì)納米 TiO2吸收光譜的影響 （ 1） Rh（ 2） V（ 3） Fe（ 4） Cu（ 5） Ni（ 6） Cd 在光照作用下，施主雜質(zhì)的原子可被光電離并向?qū)п尫烹娮樱?1），而受主雜質(zhì)的原子可從價(jià)帶俘獲電子并產(chǎn)生空穴（ 2），這些躍遷所需的光量子能量都比禁帶寬度要小，其響應(yīng)波長(zhǎng)，位于比本征吸收（ 5）更長(zhǎng)的范圍內(nèi)。兩種半導(dǎo)體在能級(jí)位置上的差異，是組成復(fù)合半導(dǎo)體的前提，也是實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程的關(guān)鍵因素。 當(dāng) CdS（ Eg=，閾值波長(zhǎng)λ =517nm）被可見(jiàn)光激發(fā)后，由于CdS的導(dǎo)帶能級(jí)（ Ecb=（ NHE））更負(fù)于 TiO2的導(dǎo)帶能級(jí)（ Ecb=（ NHE）），故光生電子從 CdS的導(dǎo)帶注入 TiO2的導(dǎo)帶，而光生空穴仍留在 CdS的價(jià)帶中，從而實(shí)現(xiàn)了電荷的分離，敏化了寬帶半導(dǎo)體材料。這種以窄禁帶半導(dǎo)體為敏化劑敏化寬帶半導(dǎo)體的方法叫做窄禁帶半導(dǎo)體敏化。 光誘導(dǎo)染料分子與半導(dǎo)體間的電荷轉(zhuǎn)移 將染料分子 2,2’雙吡啶 4,4’羧基釕的衍生物（ CisX2Bis,2,2’bipyridylr,r’dicarboxylate） rufhenium(II), X=Cl,Br,I,CN,SCN)鍵合在單晶 TiO2電極上，發(fā)現(xiàn) RuL2(SCN)2具有更寬的可見(jiàn)光吸收范圍和較長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)壽命，在作為太陽(yáng)能的吸收劑和對(duì)寬帶半導(dǎo)體的敏化劑方面顯示突出的性能。 S*注入的導(dǎo)帶電子亦可轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體表面直接將 S+還原為 S（ 2）或?qū)?R+還原為 R（ 3）。 利用有機(jī)染料作敏化劑 ?將類(lèi)似葉綠素分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)光敏染料（如金屬卟啉化合物，金屬酞菁化合物，聯(lián)吡啶衍生物等），有機(jī)耦合在寬帶的半導(dǎo)體材料上以擴(kuò)展對(duì)可見(jiàn)光的采集范圍，提高太陽(yáng)能利用效率的方法，稱(chēng)作有機(jī)光敏染料敏化 。但它的寬帶隙特征，卻在可見(jiàn)光催化體系中的應(yīng)用受到很大限制。 ? 帶隙較窄的 ⅡⅥ 族半導(dǎo)體（如 CdS、 CdSe、 CdTe）及 ⅢⅤ族半導(dǎo)體（如 InP、 GaAs等），雖對(duì)可見(jiàn)光有良好的光譜響應(yīng)，但在固液體系中易遭受光腐蝕，某些材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)與水的氧還電位匹配不好，甚至某些離子（ Cd2+,As3）還會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，因而不是理想的候選材料。當(dāng)然，由于它本身的寬帶隙（ Eg= eV）缺陷，目前還難以體現(xiàn)它在太陽(yáng)能應(yīng)用方面的實(shí)用性價(jià)值。 按照表面態(tài)理論，沉積在 TiO2表面的 Pt相當(dāng)于一個(gè)受主型表面態(tài)，它既能獲取價(jià)帶電子，又能捕獲光生電子，因而在光催化反應(yīng)中，不僅是一個(gè)電子束縛中心，還是一個(gè) H+的還原中心。這就是某些研究中暗態(tài)下發(fā)現(xiàn)空穴電流的原因。其結(jié)
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