纳米ZnO光伏特性分析

利用表面光电压谱(SPS)和瞬态光伏(TRP)技术研究了纳米ZnO的光生电荷行为, 发现TRP曲线时域为10^-9~10^-7和10^-6~10^-3 s时样品的SPS在320~380 nm处出现光伏响应, 时域为10^-3~10^-1 s时样品的SPS在380~420 nm处出现光伏响应. 这3个时域分别对应着纳米晶本征响应、 晶间电荷转移和纳米晶表面态电荷捕获等过程. 光生电荷密度足够大或受外部电场影响时在300~320 nm区间也出现光伏响应.     

CdS/ZnO异质结构材料的光生电荷性质

本文制备了CdS/ZnO异质结构材料, 并以此为模型体系, 利用表面光伏技术研究了其光电性质, 结果表明, 利用表面光伏相位谱和瞬态光伏技术可以更进一步了解异质界面的光生电荷行为.     

N掺杂TiO_2纳米粒子表面光生电荷特性与光催化活性

以尿素为氮源,采用水热法制备了不同N掺杂量的TiO2(N-TiO2)光催化剂.利用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),X射线光电子能谱(XPS)及荧光(PL)光谱等技术对其进行了系统的表征.以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液的脱色降解为模型反应,分别考察了N-TiO2光催化剂在紫外和可见光区的光催化活性.利用表面光伏(SPV)和瞬态光伏(TPV)技术研究了N-TiO2纳米粒子表面光生电荷的产生和传输机制,并探讨了光生电荷与光催化活性之间的关系.结果显示,随着N含量的增大,TiO2表面光伏响应阈值红移,可见光部分光电压响应强度逐渐增强,瞬态光伏响应达到最大值的时间亦有着不同程度的延迟.这表明适量的N掺杂能够提高TiO2纳米粒子中光生载流子的分离效率,相应地延长载流子的传输时间,增加光生电荷的寿命,从而促进其光催化活性;而过量的N掺杂则增加了TiO2纳米粒子中光生载流子的复合中心,抑制其光催化活性.     

ZnO/Cu2O异质结中深能级表面光伏特性

采用恒电压沉积法在导电玻璃(FTO)上制备了具有三棱柱金字塔状的ZnO/Cu2O异质结薄膜. 利用场发射扫描电镜(FESEM)与X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微观形貌和晶体结构进行了表征. 利用表面光电压谱(SPS)、场诱导表面光电压谱(FISPS)和相位谱(PS)研究了单一Cu2O与ZnO/Cu2O异质结薄膜的表面光伏性质. 结果表明, 与单一Cu2O薄膜相比, ZnO/Cu2O异质结薄膜的光伏响应范围拓展到了600~800 nm. 根据SPS, FISPS和PS的作用原理, 拓展部分的光伏响应归因于ZnO/Cu2O异质结中Cu2O层的深能级跃迁, 该跃迁在ZnO-Cu2O界面电场(方向由ZnO指向Cu2O)的作用下得到加强, 同时深能级跃迁产生的电子-空穴对在ZnO-Cu2O界面电场的作用下得到了有效分离和传输.     

掺Sn的纳米TiO2表面光生束缚激子的验证及其特性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂Sn的TiO₂纳米粒子, 并主要利用表面光电压谱(SPS)和电场诱导表面光电压谱(EFISPS)对样品进行了表征, 重点探讨了焙烧温度和掺Sn量对TiO₂光生电荷性质的影响. 同时揭示了样品结构与表面光生束缚激子的关系及其特性. 结果表明: 与束缚激子相关的光伏响应只在含有金红石相的TiO₂样品中出现, 且在混晶相中表现得更加显著. 掺杂适量Sn不仅提高了纳米TiO₂的与带带跃迁相关的SPS响应强度, 同时也使与束缚激子相关的SPS响应明显增强.     

纳米TiO2的光生电荷迁移特性研究

利用场诱导光电压谱(简称FISPS)和瞬态光伏(简称TPV)技术研究了TiO₂的光生电荷的产生和传输机制.发现光生电荷在体块TiO₂上的迁移机制不同于在纳米TiO₂上的迁移机制，也不同于在结界面空间电荷区的迁移机制. 400 ℃处理的TiO₂颗粒表面具有大量的表面态，光生电荷被表面态捕获-释放机制控制着光伏行为的过程是慢过程. 800 ℃处理的TiO₂已经形成了完整的能带结构，光伏响应除了表现带-带跃迁外,还有一个在带边的自由激子带，光生电荷被表面自建场驱动进行传递的过程是快过程. 600 ℃处理的TiO₂混晶由锐钛矿型和金红石型两种构型组成，在两相之间存在着较低势垒的结界面．它的光伏响应受控于两种机制 ：光生电荷在两相间结界面空间电荷区的传输和在表面自建场驱动下的传输.当激发光强较小时，界面空间电荷区的光生电子由于积累的浓度较小而不能隧穿过结界面，这种场助隧穿只有在外场作用下才能发生.     

液相沉积法制备ZnO/CdS复合纳米棒阵列薄膜及其光电性质

采用两步化学溶液沉积法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了ZnO/CdS复合纳米棒阵列薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收分光光度计、荧光(PL)光谱仪及表面光电压谱(SPS)研究了不同CdS沉积时间对复合薄膜的晶体结构、形貌、光电性质的影响.研究结果表明:ZnO纳米棒阵列表面包覆CdS纳米颗粒后,其吸收光谱可拓展到可见光区;与吸收光谱相对应在可见光区出现新的光电压谱响应区,这一现象证实,通过与CdS复合可显著提高ZnO纳米棒阵列在可见光区的光电转换性能;随着CdS纳米颗粒沉积时间的延长,复合纳米棒阵列薄膜在大于383nm波长区域的光电压强度逐渐减弱,而在小于383nm波长区域的光电压强度逐渐增强.用两种不同的电荷产生和分离机制对这一截然相反的光响应过程进行了详细的讨论和解释.     

Au纳米粒子负载的ZnO空心球复合材料的光生电荷转移行为及光催化活性

通过简单的两步法合成了不同负载量的Au/ZnO空心球。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品的形貌、结构、组成和晶相等进行一系列的表征。以罗丹明B (RhB)为目标降解物,探究了Au/ZnO空心球的光催化活性。结果表明,适量Au修饰的ZnO光催化剂在混合光下20 min内对RhB的降解率达到73%。利用表面光电压谱(SPS)和瞬态光电压(TPV)技术,探讨了Au修饰后对ZnO光诱导电荷转移行为与光催化性能之间的关系。结果表明,混合光照下Au/ZnO空心球光降解性能的提高主要归因于作为电子受体的Au纳米粒子与ZnO之间形成的强的电子相互作用。适量Au纳米粒子的负载能够提高ZnO空心球中光生载流子的分离效率,相应地延长载流子的传输时间,增加光生电荷的寿命,从而促进其光催化活性的提高。     

取代基对偶氮类颜料光伏特性的影响

偶氮类材料由于其具有成本低、来源丰富、易于加工以及可以通过接不同性质的取代基得到不同性能的光电导体等优点 ,作为光接受器材料 ,其导电类型、光生电荷及传输过程以及光照后表面电荷的种类在静电复印、激光打印中起着决定性的作用 [1～ 3] .由于取代基会影响偶氮类材料的费米能级 (电子填充水平 ) ,从而影响其导电类型 .如何判断其导电类型以及光照后表面电荷的种类还是一个难题 .本文首次利用 SPS(表面光电压谱 )和 FISPS(场诱导表面光电压谱 )技术对几种具有不同取代基的双偶氮类有机颜料的光伏特性进行了研究 ,发现取代基对它们…     

梯型BiVO4/Ag3VO4光催化剂的构建及其可见光光催化性能

近年来,有机污染物的问题变得越来越严重.为了解决该问题,人们研究和开发了许多有效的光催化剂.本工作采用水热法和化学沉积法合成了BiVO4/Ag3VO4梯型半导体材料,该复合材料在可见光下具有很强的氧化还原能力.其中40%BiVO4/Ag3VO4具有最佳的光催化降解性能,其降解速率为0.05588 min^-1,分别是BiVO4和Ag3VO4的22.76和1.76倍.并且其性能稳定,经过四次循环后其降解率仍可保持90%以上.BiVO4和Ag3VO4复合后,其催化性能得到增强,归因于形成了新型的梯型光催化机制,该方法促进了光生电荷的分离并延长了电荷的寿命,且通过PL测试和瞬态光电流响应证明了电荷的有效转移.X射线衍射(XRD)可以观察到Ag3VO4和BiVO4物相,没有其他成分.用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进一步观察了该催化剂的结构和形貌,从SEM可以看出,Ag3VO4生长在BiVO4的上面,能谱分析也证明该催化剂仅包含Ag3VO4和BiVO4的各种元素,而不含其他杂质,TEM进一步证明了两种物质复合在一起,而不是机械混合.通过紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis)测试可以得到BiVO4和Ag3VO4的吸收带边,进一步计算BiVO4的带隙和导带分别为2.41和0.455 eV,Ag3VO4的带隙和导带分别为2.20和0.04 eV,二者组成的异质结的带隙满足降解的条件.用荧光光谱(PL)和光电流研究了样品的光电特征,结果表明BiVO4/Ag3VO4光催化剂具有很高的载流子分离效率和很低的光电流电阻,这有助于光生载流子的运输.光催化降解甲基蓝实验表明,BiVO4/Ag3VO4具有很强的光催化降解速率(0.05588 min^-1),是BiVO4的22.6倍,Ag3VO4的1.76倍,而且经过四次循环后仍能保持很高的活性.通过XRD发现使用后的催化剂并没有发生变化,说明该催化剂具有良好的稳定性.高分辨X射线光电子能谱(XPS)不仅进一步说明了该催化剂成功复合后没有其他杂质元素,而且从各元素的结合能变化可以看出构成异质结后电子的流向,证实了光催化机制为梯型机制.光照射后,BiVO4和Ag3VO4产生电子空穴对,当催化剂受光激发后,电子从价带被激发到导带,并在价带留下空穴.当BiVO4和Ag3VO4复合后,在接触界面形成内电场,由于库仑相互作用,能带边缘弯曲等作用加速了Ag3VO4价带上某些空穴和BiVO4导带上电子的复合,从而阻止了Ag3VO4和BiVO4内部电子空穴对的复合,这有助于Ag3VO4导带上的电子和BiVO4价带上的空穴参与氧化还原反应.从捕获实验可以看出,本实验中空穴在光催化降解中起着最重要的作用,这与上述结论一致.     

四角星形BiVO4/Bi2O3催化剂的制备及性能研究

采用水热法合成具有四角星形貌的钒酸铋,再将钒酸铋浸渍在碱溶液里二次水热,制备出BiVO₄/Bi₂O₃催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-射(UV-Vis DRS)等方法征。可见光下,BiVO₄/Bi₂O₃复合物的光催化降解丹明B性能及光电优于纯BiVO₄。BiVO₄/Bi₂O₃复合材料形成了异质结构,有效抑制了光电子与空穴的复合效率。     

四角星形BiVO4/Bi2O3催化剂的制备及性能

采用水热法合成具有四角星形貌的钒酸铋,再将钒酸铋浸渍在碱溶液里二次水热,制备出BiVO_4/Bi_2O_3催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等方法对样品进行表征。可见光下,BiVO_4/Bi_2O_3复合物的光催化降解罗丹明B性能及光电流响应均优于纯BiVO_4。这是由于BiVO_4/Bi_2O_3复合材料形成了异质结构,有效抑制了光生电子与空穴的复合效率。     

BiVO4/ZnFe2O4同型异质结光阳极的构筑及其光电催化分解水性能

光生电子-空穴对的复合被认为是限制BiVO₄材料光电催化转换效率的重要原因之一。基于此,通过简单的水热-煅烧方法构筑了 BiVO₄/ZnFe₂O₄同型异质结光阳极,BiVO₄/ZnFe₂O₄复合光阳极在 1.23 V(vs RHE)下的光电流密度为 3.33 mA·cm^-2,较纯BiVO₄提升了2倍 (1.20 mA·cm^-2)。相关的结构及性能测试表明,BiVO₄和ZnFe₂O₄形成了带隙错开的n-n异质结,使得光生载流子得到有效分离,更有效地参与水氧化过程,进而提高了BiVO₄的光电催化水分解性能。     

In2O3敏化ZnO纳米棒阵列的性能及其光电催化活性

以掺氟SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用水热法制备了ZnO纳米棒阵列. 通过In(NO₃)₃水溶液水洗的方法, 合成了In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列光催化剂. 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM), X射线能谱(EDX), X射线衍射(XRD)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品的形貌、结构、组成、晶相等进行一系列的表征. 以罗丹明B (RhB)为目标降解物, 探究了In₂O₃敏化ZnO 纳米棒阵列光电催化活性. 采用场诱导表面光伏技术(FISPV)研究了不同含量的In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列在光照射下的光生电荷行为. 结合电化学工作站检测不同样品的光电流, 随着In₂O₃敏化量的改变, 光电流和开路电压也随之改变. 并探讨了In₂O₃敏化ZnO纳米棒阵列光生电荷行为与光电催化活性之间的关系. 结果表明, 适量In₂O₃敏化的ZnO光催化剂在可见光下2 h内对罗丹明B的降解效率达到95%, 是单纯ZnO纳米棒阵列的2.4倍.     

一步醇-水热法合成高效的F掺杂BiVO4光催化剂

以NH₄F为掺杂前体,采用简单的一步醇-水热法制备了F掺杂BiVO₄光催化剂。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）和光致发光光谱（PL）表征了这些光催化剂的物理化学性质。在少量H₂O₂存在条件下,以可见光照射下光催化降解苯酚的反应测定了这些光催化剂的催化活性。研究表明,相较于未掺杂的BiVO₄样品而言,F掺杂BiVO₄样品不仅仍保留了单斜结构,而且有更高的结晶度、表面氧空位密度和光生电荷载流子分离效率,更强的光吸收和更低的带隙能。在这些F掺杂BiVO₄样品中,以n_F/n_Bi的理论值为1.0且带隙能为2.43 eV的F掺杂BiVO₄样品的光催化活性最好（90 min内苯酚的降解率可达95%）。这一优良的光催化性能与其具有最高的结晶度、表面氧空位密度和光生电荷载流子分离效率,最强的光吸收和最低的带隙能有关。     

BiVO4/ZnFe2O4同型异质结光阳极的构筑及其光电催化分解水性能

光生电子-空穴对的复合被认为是限制BiVO₄材料光电催化转换效率的重要原因之一。基于此,通过简单的水热-煅烧方法构筑了BiVO₄/ZnFe₂O₄同型异质结光阳极,BiVO₄/ZnFe₂O₄复合光阳极在1.23 V(vs RHE)下的光电流密度为3.33 mA·cm^-2,较纯BiVO₄提升了2倍(1.20 mA·cm^-2)。相关的结构及性能测试表明,BiVO₄和ZnFe₂O₄形成了带隙错开的n-n异质结,使得光生载流子得到有效分离,更有效地参与水氧化过程,进而提高了BiVO₄的光电催化水分解性能。     

Enhancing the photoelectrochemical performance of BiVO<Subscript>4</Subscript> by decorating only its (040) facet with self-assembled Ag@AgCl QDs

Decorating a host semiconductor with quantum dots (QDs) is an important strategy for optimizing the separation efficiency and transfer of photogenerated charge carriers. In this work, we designed a heterojunction photoelectrocatalyst in which the (040) facet of BiVO₄ was decorated with self-assembled Ag@AgCl QDs (“Ag@AgCl/₀₄₀BiVO₄”). In this photocatalyst, photogenerated charge carriers are efficiently separated using a Z-scheme approach. A facile oil-in-water self-assembly method was employed to generate the composite photocatalyst, which was then characterized via XRD, XPS, SEM, TEM, etc. The results of this characterization indicated that the Ag@AgCl QDs were approximately 5 nm in size and were well dispersed across the (040) crystal facet of BiVO₄. PEC measurements indicated that the efficiency of electron–hole separation was enhanced when the BiVO₄ was decorated with Ag@AgCl QDs on just one of its facets (040) rather than across all of its surface. An attempt was also made to elucidate the mechanism of interfacial charge transfer in the Ag@AgCl/₀₄₀BiVO₄ system. Decorating a specific crystal facet (040) of BiVO₄ with Ag@AgCl QDs was found to facilitate the spatial separation of photogenerated charge carriers and to enhance the redox ability of the system.     

Bi/BiVO4&Bi4V2O11复合催化剂的制备及其光催化性能

经由溶剂热反应、光辅助还原过程制备Bi/Bi VO_4Bi_4V_2O_(11)纳米复合光催化材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、N_2吸附-脱附等温线和光致发光(PL)等手段对该复合物进行表征。实验结果表明当金属Bi与BiVO_4Bi_4V_2O_(11)的质量比值为0.8,可见光照射30 min时,Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)复合催化剂对罗丹明B(RhB)的降解率可达95.6%。此外,Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)对四环素(TC)的降解也表现出增强的光催化性能。Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)复合材料提升的光催化性能可能归因于金属Bi的表面等离子体共振(SPR)效应、拓宽的可见光吸收范围和增大的比表面积。此外,提出了复合光催化剂可能的光催化机理。     

盐酸溶液处理钒酸铋增强可见光催化活性及其机理

采用盐酸水溶液处理BiVO₄ 的方法获得增强的光催化活性. 在0.1 mol·L^-1 酸溶液中浸渍反应6 h,BiVO₄ 的可见光催化降解苯酚的活性提高了3.5 倍. 采用X 射线衍射(XRD), 扫描电镜(TEM)和漫反射光谱(DRS)等表征手段研究处理后样品的晶相组成和表面形貌, 结合不同酸和氯化物处理的对照实验, 结果表明,在H⁺和Cl^-的协同作用下, BiVO₄表面部分溶出并以BiOCl 沉积, 形成了表面具有凹陷沟壑的BiVO₄颗粒与片状结构BiOCl 的复合物. 采用悬浮液光电压法测定BiOCl 平带电位, 通过BiVO₄和BiOCl 的能带分析及其混合颗粒的光催化活性测试, 确证二者间不存在颗粒间电子转移效应. 增强的光催化活性主要归因于BiVO₄表面形成了有助于光生电荷迁移的凹凸不平结构. 这种表面处理方法有望成为一种增强半导体化合物光催化活性的有效途径.