油/水界面上电荷传输过程的研究

本文叙述了油/水界面电化学研究的发展过程和重要意义,介绍了油/水界面电化学的基础理论。     

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.     

基于凝胶电解质的敏化太阳能电池的光生电荷动力学

本文采用交流阻抗和暂态响应技术,研究了染料敏化太阳能电池(DSSC)中两大核心电荷过程(导电离子迁移和TiO_2上电子输运)随参量温度、偏压和光强变化的机制,揭示了凝胶态与液态电池性能差异的根源.温度、偏压或光强作为驱动力影响导电离子迁移和TiO_2上电子传输与复合从而影响DSSC光电性能.凝胶电解质中I3-较高的迁移活化能使其离子扩散及电池性能(尤其光电流)受限;凝胶态电池界面电子复合具有非理想复合特征,凝胶电解质对TiO_2的包覆作用一方面使导带电子直接复合减弱,另一方面使TiO_2表面态向电解质的间接电子复合减少,导致电池暗电流减小,光电压提高.TiO_2上电子正向传输和逆向复合二者比例的差异使凝胶态电池电子扩散长度比液态小,这是其电池收集效率偏低的原因.     

利用瞬态光电压技术对纳米TiO2 薄膜电极中光生电荷传输机理的研究

利用瞬态光电压技术对光生电荷在纳米TiO2 薄膜电极中的传输机理进行了研究. 结果表明光生电荷在纳米TiO2薄膜的体相和TiO2/ITO界面分别以扩散和漂移进行分离传输的. 并且对光生电子在TiO2/ITO界面的俘获对光电压响应产生显著的影响. 这是由于在TiO2/ITO界面存在界面势垒,且带弯是从TiO2指向ITO向下弯曲. 同时也表明瞬态光电压是一种很好的表征光电功能材料的光电性质的方法.     

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.     

苯并菲衍生物的电荷传输性质

使用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平计算7个含6条烷氧基链的苯并菲衍生物分子的电荷传输速率。结果显示,引入手性C2H5CH(CH3)CH2O链和OC3H6CH=CH2、OC3H6C≡CH、OC2H4OCH CH2不饱和链的苯并菲分子,将通过改变电荷传输矩阵元来影响电荷传输性能。含2-甲基丁氧基手性基团的苯并菲衍生物,甲基同向堆积方式的空穴或电子传输速率最大。7个分子中空穴和电子传输速率最大值分别为5.58×10-2和4.55×10-2cm2·v-1·s-1。     

微波辅助合成促进铬酸铋晶体的光生电荷分离

为了将可再生太阳能转化为化学物质,探索具有宽光谱响应的光催化剂用于光催化分解水越来越受到人们的关注。作为铋基层状金属氧化物的一员,铬酸铋(Bi₂CrO₆)的带隙约为1.9 eV,在利用大范围太阳光谱方面具有潜力。然而,Bi₂CrO₆较差的电荷分离性能限制了其在光催化中的应用。本文采用微波辅助水热合成方法制备了具有规则形貌的Bi₂CrO₆晶体,该晶体具有结晶度高、形貌均匀的优点。与传统制备方法相比,微波辐照实现了体系的快速加热,极大地加速了成核和生长的化学反应,从而在几分钟内形成了Bi₂CrO₆晶体。微波辅助合成的Bi₂CrO₆晶体在光催化和光电化学测试中表现出更好的光生电荷分离以及水氧化活性。此外实验中观察到光生电子和空穴在Bi₂CrO₆晶体的不同晶面之间发生空间分离,通过进一步在不同晶面上光沉积选择性负载还原和氧化助催化剂,...     

蒽类衍生物的电荷传输性质

以具有较高迁移率的对称取代类蒽的衍生物{2,6-二[2-(4-戊基苯基)乙烯基]蒽,DPPVAnt;2,6-二-噻吩蒽,DTAnt;2,6-二[2-己基噻吩]蒽,DHTAnt}为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)的基组水平上研究了三种蒽类衍生物的分子结构、电子结构、重组能和电荷传输积分,采用Einstein关系式计算了室温下的载流子迁移率,并与蒽的相关计算结果进行了比较.DPPVAnt是较好的空穴传输材料,其空穴迁移率为0.49cm2·V-1·s-1;DHTAnt有利于电子传输,其电子迁移率为0.12cm2·V-1·s-1;而DTAnt是一种较好的双极性材料,其空穴迁移率和电子迁移率分别为0.069和0.060cm2·V-1·s-1.计算得到的迁移率与实验结果处于同一数量级.三种蒽类衍生物的电子重组能与蒽的相近,而空穴重组能均大于蒽的空穴重组能,大小顺序为蒽DPPVAntDTAntDHTAnt.这与计算的迁移率结果不一致,说明分子的堆积结构决定材料的电荷传输性质.     

聚苯胺的电荷传输特性及其分子量依赖性

研究了樟脑磺酸掺杂的聚苯胺 (PAn CSA)膜的导电性对温度的依赖性 ,发现有一个临界温度 (Tc) ,当测试温度高于Tc 时 ,PAn CSA显示金属的导电特性 ,反之则显示半导体导电特性 .Tc 和聚苯胺的分子量有关 ,分子量越高 ,Tc 越低 .单向拉伸后 ,PAn CSA膜的电导率大大提高 ,拉伸 6 0 %时 ,室温电导率可达 75 0S/cm ,但Tc 不随拉伸而变化     

Nd2O3/TiO2光催化剂的光生羟基自由基和光活性

以硝酸钕和钛酸四正丁酯作为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了Nd₂O₃/TiO₂纳米光催化剂,并通过XRD和BET等手段进行了表征.以对苯二甲酸作为探针分子,结合化学荧光技术研究了光催化剂表面羟基自由基的生成;并以甲基橙为光催化降解反应模型化合物,考察了光催化剂的活性.测定了甲基橙在TiO₂和Nd₂O₃/TiO₂(1.0%)光催化剂上的吸附常数.结果表明:Nd₂O₃掺杂使TiO₂的粒径减小,比表面积增大;羟基自由基的生成速率越大,催化剂的催化活性越高.Nd₂O₃掺杂有利于反应底物在催化剂表面的吸附,Nd₂O₃的最佳掺入量为Nd/Ti(摩尔比)=1.0%.     

担载Ag对TiO2界面光生电子转移效率的影响

通过采用原位电子顺磁共振（EPR）、紫外-可见漫反射（DRS）、低温液氮吸附技术对光化学还原法合成Ag/TiO2进行表征，比较不同反应气氛，Fe3＋为电子受体及微量H2O2存在情况下TiO2和Ag/TiO2光催化活性变化，阐述了Ag担载对TiO2界面光生电子的传输与捕获效率的影响. Ag捕获的光生电子具有较强流动性，可迅速向Ag/TiO2表面吸附的O2分子或表面Ti4＋传递，在Ag表面产生活性物种或在TiO2表面生成活性反应中心表相Ti3＋，减少光生电子在TiO2的体内俘获生成复合中心即体相内部Ti3＋的几率.适宜尺寸纳米Ag团簇的担载可有效加速光生电子的传输与捕获效率，提高活性物种数量.     

Direct Imaging of Highly Anisotropic Photogenerated Charge Separations on Different Facets of a Single BiVO4 Photocatalyst

Spatially resolved surface photovoltage spectroscopy (SRSPS) was employed to obtain direct evidence for highly anisotropic photogenerated charge separation on different facets of a single BiVO₄ photocatalyst. Through the controlled synthesis of a single crystal with preferentially exposed {010} facets, highly anisotropic photogenerated hole transfer to the {011} facet of single BiVO₄ crystals was observed. The surface photovoltage signal intensity on the {011} facet was 70 times stronger than that on the {010} facets. The influence of the built‐in electric field in the space charge region of different facets on the anisotropic photoinduced charge transfer in a single semiconductor crystal is revealed.     

Influence of Extraction Barrier on the Loss Process of Photogenerated Charge Carrier in Polymer Bulk Heterojunction Solar Cells

Based on a full device model adopting three-dimensional Pauli master equation approach, the charge carrier loss process due to poor extraction channels between electrode and active layer in polymer bulk heterojunction(BHJ) solar cells was studied. The influence of barrier height on device performance was simulated to reveal the importance of electrode improvement. It was found that relatively large extraction barrier height(over 0.40 eV) can lead to the significant diminishing of the overall charge collection efficiency, since bimolecular recombination rate would increase to a high level due to enhanced space charge accumulation effect near electrodes. In contrast, the percentage of charge carrier annihilated due to geminate recombination did not change significantly with barrier height variation. Our simulation results may provide the basis for a more accurate model and potential direction of polymer BHJ solar cells improvement.     

An Efficient Strategy for Boosting Photogenerated Charge Separation by Using Porphyrins as Interfacial Charge Mediators

Surface recombination at the photoanode/electrolyte junction seriously impedes photoelectrochemical (PEC) performance. Through coating of photoanodes with oxygen evolution catalysts, the photocurrent can be enhanced; however, current systems for water splitting still suffer from high recombination. We describe herein a novel charge transfer system designed with BiVO₄ as a prototype. In this system, porphyrins act as an interfacial‐charge‐transfer mediator, like a volleyball setter, to efficiently suppress surface recombination through higher hole‐transfer kinetics rather than as a traditional photosensitizer. Furthermore, we found that the introduction of a “setter” can ensure a long lifetime of charge carriers at the photoanode/electrolyte interface. This simple interface charge‐modulation system exhibits increased photocurrent density from 0.68 to 4.75 mA cm^?2 and provides a promising design strategy for efficient photogenerated charge separation to improve PEC performance.     

几种促进剂存在下细胞色素C电子迁移过程的研究

报道了应用近年来发展的薄层光谱电化学技术,对几种促进剂（４,４＇－二硫基联吡啶、腺嘌呤、Ｌ－半胱氨酸）存在下细胞色素Ｃ电子迁移过程进行了探讨。     

TiO2的联吡啶-钌化合物敏化及电子转移过程

用飞秒时间分辨的泵浦一探测方法对两种联吡啶-钌化合物[3，3'－（LL）]_2Ru(NCS)_2和[4，4'－（LL）]_2Ru（NCS）_2敏化体系的光吸收、电子注入（injection）及电子-空穴复合（recombination）动力学过程作了研究．提出了一个简单有效的计算模型，通过计算拟合得出两种敏化体系的电子注入均在50fs内完成。最后还对光电流谱作了研究，对影响光电转换效率（incidentphoton-to-currentef-ficiency(IPCE))的各种因素作了讨论.结果对太阳光的电能转换和太阳能电池的制作有一定的意义。     

TiO2/石墨烯复合材料的光生电荷分离调控与光催化产氢性能研究

半导体光生电荷分离是光催化过程中的关键步骤之一,其效率极大地影响了最终光催化性能.将TiO₂纳米片与石墨烯复合,能够促进TiO₂中光生电子和空穴的分离,从而提高其光催化活性.为了研究光生电荷的分离对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响,通过调控TiO₂纳米片的尺寸来调节TiO₂/石墨烯复合材料中光生电荷分离的能力,然后研究其对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响.合成了一系列不同厚度的TiO₂纳米片,将其与石墨烯复合,并通过光沉积负载Pt纳米颗粒作为助催化剂,用于光催化产氢.实验结果显示,随着TiO₂纳米片厚度减小,其与石墨烯形成的复合结构的光催化性能显著提高.这主要是由于TiO₂纳米片厚度减小时,光生电子沿厚度方向穿过TiO₂纳米片迁移到石墨烯的距离缩短,从而减少了光生电子在迁移过程中与空穴的复合;同时TiO₂纳米片厚度减小使其比表面积增大,使得TiO₂/石墨烯界面面积增大,从而使石墨烯更好地分离出TiO₂中的光生电子,有更多的光生电子到达石墨烯参与催化反应,提高TiO₂/石墨烯复合材料的光催化性能.此研究表明通过控制TiO₂纳米片的尺寸来调控TiO₂/石墨烯复合材料中光生电子和空穴的分离,是显著提高其光催化性能的有效途径.     

有机电荷传输材料

光导体是一种重要的信息功能材料,可广泛应用于静电复印,全息照相,计算机终端仪器的激光打印,轻印刷制版等。自1938年美国人Calson^[1]等发明了利用感光导电现象的复写方式——电子照相以来,用于光导体的材料开发非常活跃。近年来,有机光导体(OPC)的实用化研究工作非常活跃,受到世人的瞩目.