半導(dǎo)體光催化基礎(chǔ)第四章-納米二氧化鈦-展示頁(yè)
2024-10-28 12:48本頁(yè)面
【正文】 ? （ 1） 零維量子點(diǎn)：系指三維方向均為量子限域或三維尺度均為納米尺寸的材料 ， 如原子團(tuán)簇 ， 納米顆粒等 。晶格內(nèi)部同樣存在著各種各樣的點(diǎn)陣缺陷，如缺位，位錯(cuò)、晶格畸變等。 ? 納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成。第四章 納米半導(dǎo)體與 納米二氧化鈦 納米材料的基本概念 ? 所謂納米材料，是指晶粒尺度介于原子簇和通常所說(shuō)的尺度大于亞微米粒子之間的超細(xì)材料，其晶粒尺寸一般為 1~100nm。 ? 在這個(gè)尺度范圍內(nèi)，電子波函數(shù)的相關(guān)長(zhǎng)度與體系的特征尺寸相當(dāng)，或者說(shuō)，固體顆粒的尺度與第一激子的德布洛依半徑相當(dāng)，電子的波動(dòng)性在電子輸運(yùn)過(guò)程中得到充分的展現(xiàn)。晶粒內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的晶體結(jié)構(gòu)基本一樣，只是由于每個(gè)晶粒包含著有限個(gè)晶胞，晶格點(diǎn)陣必然會(huì)發(fā)生一定程度的彈性形變。但大量的界面以及各結(jié)構(gòu)單元之間的或強(qiáng)或弱的交互作用，則對(duì)納米材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)起著決定性的控制作用。 ? （ 2） 一維量子線：指空間中有兩維處于納米尺寸的材料 ， 如納米絲 ， 納米棒 ， 納米管等 。 如超薄膜 ， 多層膜及超晶格材料等 。 分子－團(tuán)簇－體相材料能級(jí)結(jié)構(gòu)的變化 CdS的帶隙 Eg隨粒徑的變化 粒徑大于 100 197。時(shí)， Eg則增加到 ，變?yōu)閷捊麕О雽?dǎo)體（右圖）。 反應(yīng) PbSe HgSe CdSe 5nm 100nm 5nm 100nm 5nm 100nm H+ + e →1/2H 2 Yes No Yes No MV2+ + e → MV + Yes No CO2 +2H+ +2e → HCOOH Yes No 表 幾種半導(dǎo)體的光活性與粒度的關(guān)系 表面效應(yīng) ? 隨著半導(dǎo)體微粒尺寸的減小 ， 粒子中包含的原子數(shù)目也相應(yīng)減少 ， 但表面原子所占的比例卻迅速增大 。 ? 其次，隨著納晶粒子粒粒徑的減小，比表面則急劇增高，如粒徑為 10nm時(shí)，比表面為 90m2/g，粒徑為 5 nm時(shí)，比表面增至 180 m2/g，粒徑再下降到 2 nm時(shí)，比表面猛增至 450 m2/g，這種巨大的表面積亦為光催化的反應(yīng)的進(jìn)行提供了有利條件。 ? 例如，單個(gè) TiO2納米粒子的中心與表面間的電位差僅約 mV。 半導(dǎo)體塊體材料與納米材料的能帶結(jié)構(gòu) 由于帶彎 “ 退化 ” ，納米粒子基本上喪失了對(duì)光生電荷自動(dòng)分離功能，凈電荷轉(zhuǎn)移速度將受控于表面態(tài)物種對(duì)電荷的捕獲、電荷轉(zhuǎn)移能力與直接躍遷復(fù)合、缺陷態(tài)復(fù)合速度等多種因素的競(jìng)爭(zhēng)。因此，碰撞幾率大大減少，熱損失可顯著降低并以熱動(dòng)能形式提高電荷轉(zhuǎn)移速度，相應(yīng)地提高了能量轉(zhuǎn)換效率。 二氧化鈦的物理結(jié)構(gòu) 與化學(xué)性質(zhì) ? TiO2具有資源豐富，廉價(jià)穩(wěn)定，能級(jí)結(jié)構(gòu)與水的氧還電位匹配較好等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，光催化特別是環(huán)境光催化方面的研究，以 TiO2半導(dǎo)體
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