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.     

纳米TiO2表面光生电荷解析

表面与界面电荷性质是纳米材料制备及其应用中应该考虑的重要问题. 详细了解纳米材料的尺寸与表面电荷性质之间的关系是纳米科学研究中的重要课题. TiO2作为一种宽带隙的半导体材料, 因其具有显著的光电响应、良好的化学稳定性和绿色环保性, 在太阳能转换、光催化杀菌及污染处理等方面有着广泛的用途[1～5].     

卟啉/TiO2界面的相互作用研究

采用吸收光谱、荧光光谱和瞬态光伏技术研究了卟啉/TiO2体系的吸收光特性、荧光特性和光伏特性, 并研究了卟啉和TiO2之间的界面相互作用. 研究结果表明, 卟啉环在与钬原子结合前后与TiO2之间的作用不同, TiO2的粒径也影响界面的相互作用. 卟啉与粒径为10 nm的TiO2作用后, 能级发生了简并, 同时带隙发生了红移. 卟啉与粒径为56 nm的TiO2相互作用后只有特征吸收峰发生红移, 带隙和峰的数量几乎未发生变化. 这说明在粒径为10 nm的TiO2与卟啉的大π键之间出现了离域的相互作用, 这也被荧光光谱和瞬态光伏曲线所证实.     

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.     

ZnO纳米粒子自建场的形成及对其光电特性的影响

The effect of built-in field on the surface photovoltage(SPV) response of ZnO nanoparticles was investigated by means of surface photovoltage spectroscopy(SPS). From the results of in situ SPS in atmosphere and in vacuum, we suggest that the built-in field should be a main condition for producing SPV response. By comparison of SPS with PL in vacuum as well as in atmosphere, we deduce that by changing the ambience of ZnO, its functional properties can be modulated.