無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化微納體系的飛秒瞬態(tài)吸收光譜研究.pdf

1、本論文工作采用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，深入系統(tǒng)地研究了若干無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化微納體系的超快動(dòng)力學(xué)行為和機(jī)制，為相關(guān)材料體系的實(shí)用研發(fā)提供基礎(chǔ)意義上的啟迪和指導(dǎo)。本論文主要包括兩大部分:（一）一元無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化體系的超快光譜與動(dòng)力學(xué)研究:(1)醇類(lèi)分子/g-C3N4體系的界面空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)研究;(2)ZnIn2S4超薄納米片的缺陷態(tài)動(dòng)力學(xué)研究;（二）二元無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化體系的超快光譜與動(dòng)力學(xué)研究:(1)BiOCl/g-C3N4的界面電荷轉(zhuǎn)移

2、動(dòng)力學(xué)研究;(2)Graphene/TiO2的界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)研究。
　?。ㄒ唬┮辉獰o(wú)機(jī)半導(dǎo)體體系的超快光譜與動(dòng)力學(xué)研究
　　(1)醇類(lèi)分子/g-C3N4體系的空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)
　　以空穴犧牲劑醇類(lèi)分子吸附在g-C3N4為模型體系，我們采用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，通過(guò)一系列精心設(shè)計(jì)的比較和控制試驗(yàn)，深入系統(tǒng)地研究了醇類(lèi)分子/g-C3N4界面的空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)過(guò)程和作用機(jī)制。首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了醇類(lèi)分子與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料所形成的

3、界面發(fā)生的反向空穴轉(zhuǎn)移(RHT)過(guò)程，并定量給出了RHT過(guò)程的時(shí)間尺度（約幾百皮秒）。通過(guò)與質(zhì)子化g-C3N4的對(duì)比，我們證實(shí)了甲氧基在空穴犧牲中的決定性作用。通過(guò)使用不同波長(zhǎng)的激發(fā)光，我們發(fā)現(xiàn)電子-聲子耦合對(duì)光激發(fā)空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)的重要作用。通過(guò)對(duì)比不同醇類(lèi)分子所關(guān)聯(lián)的RHT過(guò)程速率，我們首次揭示了實(shí)際光催化應(yīng)用中甲醇被廣泛采用為空穴犧牲劑的物理內(nèi)涵。
　　(2)ZnIn2S4超薄納米片的缺陷態(tài)動(dòng)力學(xué)
　　長(zhǎng)期以來(lái)人們一直希

4、望找到缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)與光催化活性的關(guān)系。以一種典型的一元無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化材料ZnIn2S4超薄納米片為模型，我們采用超快瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，系統(tǒng)地探討了缺陷態(tài)濃度與電子轉(zhuǎn)移和電子空穴復(fù)合壽命之間的關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)在擁有更多Zn空位的ZnIn2S4超薄納米片中，盡管電子轉(zhuǎn)移的速度沒(méi)有太大變化，然而電子空穴復(fù)合的壽命卻提高了近兩倍，從而大大提高了載流子的分離效率，帶來(lái)顯著提升的催化性能。
　?。ǘ┒獰o(wú)機(jī)半導(dǎo)體體系的超快光譜與動(dòng)力學(xué)研究

5、r>　　(1)BiOCl/g-C3N4的界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)研究
　　p-n異質(zhì)結(jié)體系中經(jīng)常存在光生電荷轉(zhuǎn)移方向的爭(zhēng)論。對(duì)此，我們選擇了最常見(jiàn)的和存在爭(zhēng)議的BiOCl(p)/g-C3N4(n)體系，系統(tǒng)地探討了在這個(gè)復(fù)合體系中的光生電荷轉(zhuǎn)移方向。我們發(fā)現(xiàn)光激發(fā)電子是由BiOCl的導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到g-C3N4的導(dǎo)帶，而不是相反。此外，該轉(zhuǎn)移過(guò)程的時(shí)間尺度被確定為約3皮秒。
　　(2)Gaphene/TiO2的界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)研究