半導(dǎo)體光催化基礎(chǔ)第四章-納米二氧化鈦-文庫吧資料
2024-10-25 12:48本頁面
【正文】 起著關(guān)鍵性的作用，并密切支配著反應(yīng)的動力學(xué)過程。 (110)面 的結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是最為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 TiO2的表面缺陷和表面性質(zhì) ? 一般來說，大多數(shù)氧化物半導(dǎo)體在一定溫度和氣氛中焙燒后，都會發(fā)生氧溢出現(xiàn)象而產(chǎn)生氧缺位，二氧化鈦也不例外。 每個八面體與相鄰的 8個八面體接觸（ 4個分居晶棱，另 4個分居晶角）。 金紅石和銳鈦礦 TiO2的晶體結(jié)構(gòu) 每個八面體與 10個相鄰的八面體接觸（兩個與晶棱的氧對配位，其他 8個與晶角氧原子配位）。 ? 研究表明，銳鈦礦型 TiO2較金紅石型 TiO2具有更高的光催化活性，但也有人認(rèn)為，兩者以一定方式和一定比例組成的混晶材料（如 P25 TiO2），則為更佳的光催化材料。對TiO2基本結(jié)構(gòu)與物理、化學(xué)性質(zhì)的了解，將對TiO2光催化研究的進(jìn)一步深化與發(fā)展，具有重要的指導(dǎo)意義。這種大于帶隙的激發(fā)能被利用的過程稱為熱載流子注入或熱載流子效應(yīng)。 熱載流子效應(yīng) ? 在粉末體系光催化反應(yīng)中，當(dāng)入射光子能量hυ ＞ Eg時，多余能量△ E= hυ —Eg往往以熱能形式耗散在晶格中，但當(dāng)半導(dǎo)體微粒進(jìn)入納米尺度時，光生載流子的轉(zhuǎn)移路徑很短，顆粒中原子數(shù)目也很少。當(dāng)超微粒受光激發(fā)后，光生電子、空穴很快傳遞給吸附在表面的電子受體和電子給體，避免了深能級復(fù)合，或其他體相復(fù)合，有效降低了復(fù)合幾率，提高了電荷分離效率。 超微粒的體效應(yīng) ? 納米顆粒體積小，所含的原子數(shù)目少，它的粒徑小于大塊材料的空間電荷層的厚度，或者說常規(guī)半導(dǎo)體材料界面的能帶彎曲已退化至接近平帶狀態(tài)。 如 1~10nm的超微粒中 ， 所包含的原子數(shù)目小于 103~104個時 ， 表面原子占原子總數(shù)的比例為： %50%200)( ??As u r fANN 表面效應(yīng) ? 表面原子數(shù)目的增加，意味著表面不飽和鍵濃度和表面態(tài)密度的增高，這種高表面能的表面極不穩(wěn)定，易與其他原子結(jié)合，因而有更多的表面原子參與反應(yīng)，將會顯著提高材料的利用效率和反應(yīng)速度。應(yīng)該指出的是：雖然由于量子尺寸效應(yīng)，使半導(dǎo)體的有效帶隙變寬，降低了半導(dǎo)體對可見光的光譜響應(yīng)，但寬帶隙結(jié)構(gòu)又提高了光生載流子的能量和反應(yīng)能力。的 CdS（帶隙 Eg=），當(dāng)粒徑減小到 26 197。 半導(dǎo)體超微粒效應(yīng) ? 量子尺寸效應(yīng) ? 當(dāng)半導(dǎo)體顆粒的尺寸小到納米尺度，即光生電子和空穴的波函數(shù)尺寸可與顆粒的物理尺度相比擬時，光生載流子的運動在三維方向受到量子限域，相對于包含有無數(shù)個原子（即導(dǎo)電電子數(shù) N→∞ ）的塊體材料來說，由于納米顆粒中原子聚集數(shù)有限，即 N值很小，隨粒徑減小，則逐步顯示出分子能級特征，因而大塊晶體的準(zhǔn)連續(xù)能帶變成具有分子特性的分立能級結(jié)構(gòu)，帶隙也隨之變寬，出現(xiàn)了新的躍遷規(guī)律和吸收光譜帶蘭移，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng) 。 ? （ 3） 二維量子阱：空間中有一維處在納米尺度 。 納米材料的三種結(jié)構(gòu)形式
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