光电催化及原理光电催化及原理.pdf

光电化学分解水： 原理、实验方法 原理 带隙和带位分析 光电化学实验方法 1. 原则 e-+h+ B：光生载流子的电荷分离和迁移 C：表面化学反应 D：结合的抑制 1. 原则 2. 带隙和带位置分析 A) 紫外可见吸收光谱 (B) XPS 价带光谱 ACS Catal., 2012, 2, 1854.185 9 2. 带隙和能带位置 B 的分析 半导体在零电荷点的导带边缘可以通过以下公式理论上预测： 催化剂 X TiO2 5.81 氧化铋 6.035 钼酸铋 6.129 铋 WO4 6.208 3. 光电化学实验方法 3.1 电极准备 3.2 光电化学电池 3.3 光电化学测量 3.1 电极制备 非电化学方法 基于预合成纳米颗粒的方法 在导电基底上直接生长 电化学方法 3.1 电极制备 将涂有银漆的电极固定在已穿过直径 6 mm 玻璃毛细管的聚氯乙烯涂层铜线上。 使用两部分环氧树脂覆盖除电极的光催化剂粉末涂覆侧之外的所有表面。） 3.2 光电化学池 选择对电极 选择参比电极 RE 电解质介质 Ag/AgCl KCl 中性介质 Hg/Hg2Cl2 (SCE) KCl 中性介质 Hg/HgO KOH 碱性介质 Hg/Hg2SO4 硫酸钾 酸性介质 ERHE=EAg/AgCl+0.059×pH+0.197 V 选择电解质 3.3 光电化学测量 J. Phys。化学。 C, 2011, 115, 17594 –17598 3.3.1 光电流。 3.3.2 光势。 3.3.3 莫特 3.3.4 平带势 3.3.5 电化学阻抗谱（EIS） 3.3.6 入射光电流转换效率（IPCE） 3.3.1 光电流 受照电极表现为光电阳极（jph>0，j on>joff）或光电阴极（jph<0，j on<joff）。 1. 动电位条件：光可以连续照射在电极上，或者以规定的开关周期进行斩波。通过伏安法可以 获得的一个重要量值是起始电位 V)。它是 Eonset，即光电流获得不可忽略值时的电势值。 2、恒电位条件：测量过程中电极电位固定（保持恒定）。中断照明的光电流表示为与时间的关系 （光电流瞬态）。 光电流密度 (jph) jph=j on-joff 3.3.2 光势 光势可以定义为光照下的静态开路电位（Eph）与黑暗下的静态开路电位（E0）之差。 弗=|弗-E0| 与光电流测量类似，当光照下的 OCP 比黑暗中的 OCP 更负时 (Eph<E0)，空穴优先转移到溶液 中，电极充当光电阳极；相反，当Eph>E0 时，电子优先转移到溶液（光阴极）。 3.3.3 莫特- C 半导体空间电荷区电容 ND 电子载流子密度 E 外加电势 元素电荷平带 电势 e Efb ε0 自由空间 T 温度的介电常数 ε 相对介电常数.. 玻尔兹曼常数 3.3.4 平带电位带弯曲电压 (VSC) Eonset Eph ECB Efb 3.3.5 电化学阻抗谱 Rt 薄膜光电极溶液中的电子迁移电阻 电阻 Rsol R 界面上的电子转移电 阻 ss C 界面电容 ss WWarburg 电解液扩散效应引起的电阻 ss 3.3.6 IPCE J. Am。化学。社会学会, 2013, 135, 5375 –5383 化学。 修订版, 2009, 38, 253 –278 Photoelectrochemical Water Splitting ： Pr iples, Experimental Methods Contents 1 Pr iples 2 ysis of band gap and band positions Photoelectrochemical experimental methods 3 1. Pr iples - +