表面光电压谱PPT课件

1、1:241表面光伏现象：表面光伏现象：原理、实验和应用原理、实验和应用王德军王德军 谢腾峰谢腾峰吉林大学化学学院吉林大学化学学院 第1页/共84页1:242Surface Photovoltage phenomena:Theory, experiment and applicationL.Kronik, Y ShapiraSurface Science Reports 254(1999)1-205第2页/共84页1:243一表面光伏一表面光伏原理原理 二二 表面光伏技术分类表面光伏技术分类 三表面光伏测量的应用三表面光伏测量的应用 半导体材料导电类型的确定半导体材料导电类型的确定 少数载流子扩

2、散距离的测定少数载流子扩散距离的测定 表面态参数的测定表面态参数的测定 光生电荷性质光生电荷性质研究研究 光催化应用光催化应用 太阳能电池太阳能电池 表面光伏气敏特性研究表面光伏气敏特性研究第3页/共84页1:244SPVSPV检测原理检测原理 1. 1. 带带跃迁情况带带跃迁情况 2. 2. 亚带隙跃迁情况亚带隙跃迁情况第4页/共84页1:245SPVSPV检测原理检测原理 1. 1. 带带跃迁情况带带跃迁情况 2. 2. 亚带隙跃迁情况亚带隙跃迁情况第5页/共84页1:246图图 2. n型型(左图左图)和和p型型(右图右图)半导体材料在光诱导半导体材料在光诱导 下，下， 表面势垒高度表面

3、势垒高度(Vs)的变化过程。的变化过程。第6页/共84页1:247图图 3. 双面接触的双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一型半导体，一侧保持暗态，另一 侧受光照射，两侧表面势垒高度侧受光照射，两侧表面势垒高度(Vs)的变化。的变化。h 暗态暗态第7页/共84页1:248SPV检测原理检测原理 1. 带带跃迁情况带带跃迁情况 2. 亚带隙跃迁情亚带隙跃迁情况况第8页/共84页1:249亚带隙跃迁的光伏响应亚带隙跃迁的光伏响应第9页/共84页1:2410 表面光伏检测方法表面光伏检测方法 表面光电表面光电压谱压谱(SPS)瞬态表面瞬态表面光伏检测光伏检测表面光电表面光电微纳尺度扫描微纳尺度扫

4、描稳稳态态动动态态表面光伏技术分类表面光伏技术分类二二 表面光伏技术分类表面光伏技术分类第10页/共84页1:2411稳态表面光电压谱稳态表面光电压谱Schematic representation of the experimental set-up for surface photovoltagespectroscopy第11页/共84页1:2412表面光电压谱仪表面光电压谱仪浙江大学浙江大学北京化学所北京化学所（2）燕山大学燕山大学(2)黑龙江大学黑龙江大学辽宁师范大学辽宁师范大学（2）大连理工大学大连理工大学河南大学河南大学西南交大西南交大上海交大上海交大东北师范大学（东北师范大学（3

5、）哈尔滨工业大学（哈尔滨工业大学（2）四川理工学院四川理工学院闽江学院闽江学院河北科技大学河北科技大学哈尔滨师范大学哈尔滨师范大学内蒙古大学内蒙古大学第12页/共84页内蒙古大学内蒙古大学第13页/共84页1:2414 表面光伏检测方法表面光伏检测方法 表面光电表面光电压谱压谱(SPS)瞬态表面瞬态表面光伏检测光伏检测表面光电表面光电微区扫描微区扫描稳稳态态动动态态表面光伏技术分类表面光伏技术分类第14页/共84页1:24Kelvin探针表面光伏技术（动态）探针表面光伏技术（动态）第15页/共84页1:2416能够给出接触势垒高度的改变量（表面功函改变）能够给出接触势垒高度的改变量（表面功函改

6、变）得到表面光电压谱得到表面光电压谱2005.12005.12007.122007.12国家基金委项目国家基金委项目第16页/共84页1:2417dc SPV spectrum of ZnO array with illumination on top from 600 nm to 300 nm. Inset: Schematic setup of Kelvin Probed based SPV measurement. 300350400450500550600-50050100150200250300 CPD (mV)Wavelength (nm)(a)380 nm: weak chang

7、e of CPD第17页/共84页1:2418 表面光伏检测方法表面光伏检测方法 表面光电表面光电压谱压谱(SPS)瞬态表面瞬态表面光伏检测光伏检测表面光电表面光电微区扫描微区扫描稳稳态态动动态态表面光伏技术分类表面光伏技术分类第18页/共84页1:2419瞬态表面光伏测量瞬态表面光伏测量1064 nm532 nm355 nm266 nm2007.12007.12009.122009.12国家基金委项目国家基金委项目第19页/共84页1:2420瞬态瞬态PVPV的测试的测试不同导电类型对测试的影响不同导电类型对测试的影响p-typen-typeFrom:J. Appl. Phys. 91, 9

8、432 (2002)第20页/共84页1:2421Figure 2. the transient photovoltage of the heterostructure illuminated from the frontside ( the inset of fig.2) with the illuminationIntensity of 7m7mJ.Front illumination第21页/共84页1:2422Fig. 3 the transient photovoltage of the heterostructure at higher illumination intensity

9、 of 18m mJ and 50m mJ. 第22页/共84页1:2423 表面光伏检测方法表面光伏检测方法 表面光电表面光电压谱压谱(SPS)瞬态表面瞬态表面光伏检测光伏检测表面光电表面光电微区扫描微区扫描稳稳态态动动态态表面光伏技术分类表面光伏技术分类第23页/共84页1:24244. 4. 表面光电微区扫描表面光电微区扫描 ( (远场扫描远场扫描) )利用利用KFM模式模式第24页/共84页1:2425(n-Si/TiO2)/B(n-Si/TiO2)/Be-e-研究微纳米尺度的表面与界面的电荷行为研究微纳米尺度的表面与界面的电荷行为第25页/共84页1:2426(n-Si/TiO2)/

10、B(n-Si/TiO2)/Be-e-光致电荷转移过程光致电荷转移过程第26页/共84页1:2427对于稳态表面光伏的影响因素对于稳态表面光伏的影响因素 1 1样品吸收特性样品吸收特性( (消光系数、跃迁属性等消光系数、跃迁属性等) ) 2 2样品内阻样品内阻 3 3样品粒径样品粒径 4 4调制频率调制频率 5 5环境因素环境因素 6 6外场外场 7 7电极电极 8 8相位相位第27页/共84页1:2428 三表面光伏测量的应用三表面光伏测量的应用 半导体材料导电类型的确定半导体材料导电类型的确定 少数载流子扩散距离的测定少数载流子扩散距离的测定 表面态参数的测定表面态参数的测定 光生电荷性质光

11、生电荷性质研究研究 光催化应用光催化应用 太阳能电池太阳能电池 表面光伏气敏特性研究表面光伏气敏特性研究 异质界面对光生电荷的调控异质界面对光生电荷的调控第28页/共84页光化学与光物理的几个过程光化学与光物理的几个过程1 1、光吸收、光吸收2 2、光生电荷分离、光生电荷分离4 4、光生电荷复合、光生电荷复合3 3、光生电、光生电 荷扩散荷扩散5 5、光催化、光催化 还原反应还原反应5 5、光催化、光催化 氧化反应氧化反应第29页/共84页在光物理过程研究中必须面对下面几个问题：在光物理过程研究中必须面对下面几个问题：1 1、 什么是光生电荷什么是光生电荷有序分离有序分离的的原动力？原动力？2

12、 2、光生电荷的扩散长度？、光生电荷的扩散长度？3 3、光生电荷扩散的方向？、光生电荷扩散的方向？4 4、光生电荷是由能带直接转移给反应物的吗？、光生电荷是由能带直接转移给反应物的吗？5 5、表面态如何影响光生电荷的转移过程。、表面态如何影响光生电荷的转移过程。第30页/共84页光生电荷性质光生电荷性质研究：研究：1 1、半导体材料的禁带宽度的测定、半导体材料的禁带宽度的测定2 2、光生电荷扩散方向、光生电荷扩散方向3 3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分4 4、光生电荷属性的研究、光生电荷属性的研究第31页/共84页1:2432Eg = 1/l l (nm) 1240

13、= 1/390 1240 = 3.18 eV1 1、半导体材料的禁带宽度的测定、半导体材料的禁带宽度的测定l l第32页/共84页300350400450500550600-200-1000100200B: B: 混晶混晶A: A: 四角四角C: C: 单斜单斜 Phase / degreeWavelength / nm300350400450500550600-45-30-1501530B 混晶B 混晶 A: 四角A: 四角 Photovoltage / m mvWavelength / nmC:单斜C:单斜 BiVO4-A: 四角型四角型 BiVO4-B: 四角四角/单斜单斜 BiVO4-

14、C: 单斜单斜BiVO4表面光电压谱表面光电压谱和它的和它的表面光伏相位谱表面光伏相位谱2 2、光生电荷扩散方向、光生电荷扩散方向 表面光电压谱表面光电压谱 表面光伏相位谱表面光伏相位谱第33页/共84页300350400450500550600-200-1000100200B: B: 混晶混晶A: A: 四角四角C: C: 单斜单斜 Phase / degreeWavelength / nm300350400450500550600-45-30-1501530B 混晶B 混晶 A: 四角A: 四角 Photovoltage / m mvWavelength / nmC:单斜C:单斜表面光伏相

15、位谱表面光伏相位谱第34页/共84页3003504004505000.00.51.01.52.02.53.03.5 0 V +1V -1V Photovoltage(mV)Wavelength(nm)300350400450500-200-150-100-50050100150200 0 V +1 V -1 V Phase(degree)Wavelength(nm)TiO2 （111）单晶）单晶3 3、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分、带带跃迁与亚带隙跃迁的区分带带跃迁带带跃迁亚带隙跃迁亚带隙跃迁第35页/共84页1:2436TEM images of the ZnO quantum dots (a

16、) and ZnO nanorods (b) 4 4、 光生电荷属性研究光生电荷属性研究 例子：纳米例子：纳米ZnOZnO光伏性质研光伏性质研究究第36页/共84页1:2437300350400450500-200-1000100200300 Photovoltage (mV)Wavelength / nm +1.05V +0.8V +0.6V 0V-0.6V-0.8V-1.05V SPS response of ZnO quantum dots under different eletrical fields电子空穴的电子空穴的量子限域特性量子限域特性激子直径激子直径2.5 nm第37页/共

17、84页1:2438300350400450500300350400450500020406080100120140020406080100120140 Photovoltage (m V)Wavelength /nm +1.0V +0.8V +0.6V +0.4V +0.2V 0V 300350400450500-4-3-2-101Photovoltage (m V)Wavelength /nm 0V -0.2V -0.4V -0.6V -0.8V -1.05V （A） （B） Fig 5. FISPS response of ZnO nanorods。（A）Positive field ；

18、（B） Negative field第38页/共84页1:2439束缚激子态束缚激子态FISPS响应的特征：响应的特征： 在能量上一般都发生在带边在能量上一般都发生在带边 随外场强度不对称变化随外场强度不对称变化 随外场峰位不对称变化随外场峰位不对称变化限域态限域态或或自由激子态自由激子态FISPS响应的特征：响应的特征： 光伏强度随外场线性增强光伏强度随外场线性增强 光伏极性随外场极性改变对称变化光伏极性随外场极性改变对称变化 光伏峰位不随外场变化光伏峰位不随外场变化300350400450500-200-1000100200300 Photovoltage (mV)Wavelength /

19、 nm +1.05V +0.8V +0.6V 0V-0.6V-0.8V-1.05V300350400450500-4-3-2-101Photovoltage (m V)Wavelength /nm 0V -0.2V -0.4V -0.6V -0.8V -1.05V J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3202-3206第39页/共84页1:244030035040045050055002004006008001000 Photovoltage(m mV)Wavelength(nm)in atmospherein vacuum自建场对表面光伏自建场对表面光伏和荧光的调控作用和

20、荧光的调控作用原位原位气体吸附对表面光伏的影响气体吸附对表面光伏的影响 光电光电第40页/共84页1:24414004505005506006500200004000060000 Intensity(a.u.)Wavelength(nm)in atmospherein vacuumSPV response (a) and PL (b) of ZnO nanoparticlesEm. 350 nm 原位原位气体吸附对表面光伏的影响气体吸附对表面光伏的影响 发光发光第41页/共84页 光催化研究光催化研究1 1、Au/TiO2Au/TiO2微球光生电荷迁移性质研究微球光生电荷迁移性质研究第42页/

21、共84页不同金掺杂量的样品焙烧前的不同金掺杂量的样品焙烧前的SEMSEM照片照片5 m mm5 m mm5 m mm5 m mm纯纯TiO20.35%0.53%0.7%第43页/共84页SEM of 0.7%Au-TiOSEM of 0.7%Au-TiO2 2TEM image of the annealed titania spheres (0.70 mol % CA, calcniation at 500 C for 2h), Inset is the HRTEM image of the selected area, scale bar: 5 nm.样品焙烧前后的样品焙烧前后的SEMSE

22、M结果及焙烧后样品的结果及焙烧后样品的TEMTEM和和HRTEMHRTEM结果结果Au nanoparticleAu nanoparticle500度焙烧前度焙烧前 焙烧后焙烧后AuClAuCl4 4- -离子分解生成离子分解生成AuAu原子，原子，AuAu原子移动聚集生成纳米颗粒原子移动聚集生成纳米颗粒 第44页/共84页Au-TiOAu-TiO2 2微球的漫反射吸收谱微球的漫反射吸收谱TiO2Au plasmon二者之间的强相互作用导致Au纳米粒子的plasmon吸收复杂化第45页/共84页Au-TiOAu-TiO2 2微球的表面光电流谱微球的表面光电流谱紫外光照射下，紫外光照射下， Au

23、Au纳米纳米粒子粒子作为电子受体作为电子受体捕获捕获光生电子，降低了光生电子，降低了TiOTiO2 2导导带中电子的迁移带中电子的迁移 可见光照射下，可见光照射下，AuAu纳米纳米粒子的粒子的plasmonplasmon光生光生电子电子转移到转移到TiOTiO2 2纳米晶中，促纳米晶中，促进了光电导进了光电导TiO2Au plasmon第46页/共84页Au-TiOAu-TiO2 2微球的表面光电压谱微球的表面光电压谱TiO2Au plasmon紫 外 光 照 射 下 ，紫 外 光 照 射 下 ， SPVSPV增强增强：TiOTiO2 2纳米纳米晶的光生电子转移晶的光生电子转移到到AuAu纳米

24、粒子中纳米粒子中 可见光照射下，可见光照射下，AuAu纳米粒子的纳米粒子的plasmonplasmon光生电子转移到光生电子转移到TiOTiO2 2纳米晶中纳米晶中第47页/共84页e-h+e-TiO2AuAu-TiOAu-TiO2 2微球的光生电荷转移示意图微球的光生电荷转移示意图在紫外光下，在紫外光下，AuAu作为作为光生电子受体，有利光生电子受体，有利于光生电荷的分离于光生电荷的分离紫外光紫外光h+e-e-TiO2Au可见光可见光在可见光下，在可见光下，AuAu作为光生作为光生电子给体，实现其电子给体，实现其plasmonplasmon吸收的光生电荷的分离吸收的光生电荷的分离第48页/共

25、84页Au-TiOAu-TiO2 2微球的光催化活性测试微球的光催化活性测试010203040506070800.00.20.40.60.81.0 C/C0Time , min. 1.12 mol %0.53 mol %0 mol %03060901201501802102400.00.20.40.60.81.01.2 C/C0Time , min. 1.12 mol %0.53 mol %0 mol %紫外光降解紫外光降解 MOMO可见光降解可见光降解 MOMO75W汞灯汞灯450nmAuAu纳米粒子纳米粒子促进了光生电荷分离促进了光生电荷分离，提高了紫外光催化效果。提高了紫外光催化效果。A

26、uAu纳米粒子纳米粒子plasmonplasmon吸收具有可见光吸收具有可见光催化性能，其机理可能是产生了光生催化性能，其机理可能是产生了光生电子转移的结果电子转移的结果Chemistry a European Journal 2009, 15, 43664372 第49页/共84页BiVO4的制备的制备1：四角晶：四角晶BiVO42：单斜：单斜BiVO43：混晶：混晶BiVO4 2 2、不同晶型、不同晶型BiVO4BiVO4光生电荷迁移性质研究光生电荷迁移性质研究第50页/共84页10203040506070C: C: 单斜单斜B: B: 混晶混晶A: A: 四角四角 Intensity /

27、 a.u2 / degree BiVO4-A: 四角型四角型 BiVO4-B: 四角四角/单斜单斜 BiVO4-C: 单斜单斜BiVO4的的SRD第51页/共84页BiVO4紫外可见吸收紫外可见吸收4006008000.00.40.8 Intensity / a.u.Wavelength / nm A: 四角A: 四角 B：混晶B：混晶 C：单斜C：单斜 BiVO4-A: 四角型四角型 BiVO4-B: 四角四角/单斜单斜 BiVO4-C: 单斜单斜第52页/共84页300350400450500550600-200-1000100200B: B: 混晶混晶A: A: 四角四角C: C: 单斜

28、单斜 Phase / degreeWavelength / nm300350400450500550600-45-30-1501530B 混晶B 混晶 A: 四角A: 四角 Photovoltage / m mvWavelength / nmC:单斜C:单斜 BiVO4-A: 四角型四角型 BiVO4-B: 四角四角/单斜单斜 BiVO4-C: 单斜单斜BiVO4表面光电压谱表面光电压谱和它的和它的表面光伏相位谱表面光伏相位谱l l=355nm第53页/共84页1E-91E-81E-71E-61E-51E-41E-30.01-0.6-0.4-0.20.00.20.4C: C: 单斜单斜B: B

29、: 混晶混晶A: A: 四角四角 Photovoltage / mvTime / sl l=355nmFigure 4 TPV curve of BiVO4 exited with a laser radiation pulse with a power of 50 mJ, wavelength of 355 nm and pulse width of 5 nsBiVO4瞬态表面光伏瞬态表面光伏300350400450500550600-45-30-1501530B 混晶B 混晶 A: 四角A: 四角 Photovoltage / m mvWavelength / nmC:单斜C:单斜第54页

30、/共84页03060901201500.20.40.60.81.0 C/C0Time / min A：四角A：四角 B：混晶B：混晶 C: 单斜C: 单斜Figure 5 Photodegradation of MB using BiVO4 with different phase under the irradiation of visible light. ( 400 nm, CMB = 10 mg/L) 可见光可见光下下BiVO4光催化活性光催化活性300350400450500550600-45-30-1501530B 混晶B 混晶 A: 四角A: 四角 Photovoltage /

31、m mvWavelength / nmC:单斜C:单斜可见光可见光第55页/共84页03060901201500.40.60.81.0 A：四角A：四角 B：混晶B：混晶 C: 单斜C: 单斜 C/C0Time / min紫外光紫外光下下BiVO4光催化活性光催化活性300350400450500550600-45-30-1501530B 混晶B 混晶 A: 四角A: 四角 Photovoltage / m mvWavelength / nmC:单斜C:单斜紫外光紫外光J. Phys. Chem. C. 2012, 116, 24252430第56页/共84页1:2457ZnZn掺杂掺杂TiO

32、TiO2 2微球的形貌分析微球的形貌分析0% Zn SEM0.25% Zn SEM0.5% Zn SEM1% Zn SEM0.5% Zn FESEM0.5% Zn 450 FESEMZn/TiZn/Ti摩尔比为摩尔比为0.5%0.5%时，时，TiOTiO2 2微球尺寸接近均一。微球尺寸接近均一。热处理前后形貌基本一致。热处理前后形貌基本一致。ZnZn掺杂掺杂TiOTiO2 2微球染料敏化太阳电池应用微球染料敏化太阳电池应用 3、太阳能电池研究的应用、太阳能电池研究的应用第57页/共84页1:2458ZnZn掺杂掺杂TiOTiO2 2微球的表面光电压微球的表面光电压谱谱不同不同Zn/TiZn/T

33、i摩尔比的摩尔比的TiOTiO2 2微球的表面光电压谱。微球的表面光电压谱。插图为表面光电压谱插图为表面光电压谱/ /场诱导表面光电压谱的装置示意图场诱导表面光电压谱的装置示意图应该做它的表应该做它的表面光电流！面光电流！第58页/共84页1:2459(a)(b)染料敏化前染料敏化前染料敏化后染料敏化后ZnZn掺杂掺杂TiOTiO2 2微球的瞬态光伏微球的瞬态光伏激发波长激发波长 355 nm355 nm 激发水平激发水平50mJ50mJ激发波长激发波长 532 nm532 nm 激发水平激发水平50mJ50mJ第59页/共84页1:2460基于基于ZnZn掺杂掺杂TiOTiO2 2微球薄膜电

34、极微球薄膜电极的染料敏化太阳电池的性能测试的染料敏化太阳电池的性能测试0.00.10.20.30.40.50.60.702468101214 0% 0.25% 0.5% 1% Current Density (mA/cm2)Voltage (V)0.5% Zn-TiO20.7314.580.444.6348.69不同不同ZnZn掺杂量的掺杂量的DSSCsDSSCs的的I-VI-V特性曲线特性曲线VocVoc随随ZnZn含量的增加而增加。含量的增加而增加。JscJsc和和在在Zn/TiZn/Ti为为0.5%0.5%时最大。时最大。各电池的填充因子较低。各电池的填充因子较低。尺寸、形貌对电池的影响

35、。尺寸、形貌对电池的影响。Yu Zhang, Dejun Wang, Tengfeng Xie, Electrochimica Acta， in press, 第60页/共84页1:2461ZnO纳米阵列纳米阵列/CdS异质结构敏化太阳电池性能研究异质结构敏化太阳电池性能研究ZnO/CdS异质结构异质结构紫外可见漫反射吸收光谱紫外可见漫反射吸收光谱可见吸收随可见吸收随CdS的增多而红移，的增多而红移，强度逐渐增大强度逐渐增大第61页/共84页1:2462ZnO/CdS异质结构薄膜的的表面光电压谱异质结构薄膜的的表面光电压谱 光伏响应的阈值和强度随光伏响应的阈值和强度随CdS量的不同发生了有规律

36、的变化量的不同发生了有规律的变化第62页/共84页1:2463Yu Zhang，Tengfeng Xie, Dejun Wang et al. Nanotechnology, 2009, 20, 155707532 nm 激发激发激发水平激发水平50 m mJ/pulse第63页/共84页1:24644 4、表面光电流研究光电气敏表面光电流研究光电气敏第64页/共84页1:2465Min Yang, Dejun Wang;Sensors and Actuators B 117 (2006) 8085第65页/共84页1:2466 (a) A Schematic view f the corre

37、sponding equilibrium band diagram (the average grain-boundary potential barrier). (b) the schematic diagram of energy band modes of dye-sensitized ZnO and the process of photo-induce charge transferring from Azo pigment to ZnO nanoparticles. (a)(b)第66页/共84页1:2467Responserecovery curves of the sensin

38、g film fabricated with copper doped ZnO nanocrystals to different concentrations of (a) ethanol.Liang Peng, De-Jun Wang ，Sensors and Actuators B 131 (2008) 660664第67页/共84页 p-Cup-Cu2 2O / n-CuO / n-Cu2 2O O异质界面对光生电荷的调控异质界面对光生电荷的调控 ( (同质界面同质界面) )第68页/共84页CuCu2 2O O同质结的制备方法同质结的制备方法两步电沉积两步电沉积(1)0.02 M C

39、uSO4，调节溶液的，调节溶液的pH值为值为7.0，8.0，9.0，制，制备一系列备一系列p-Cu2O膜，沉积电量为膜，沉积电量为0.6 C/cm2。(2)0.02 M Cu(AC)2，调节溶液的，调节溶液的pH值为值为4.9，再沉积一层，再沉积一层n-Cu2O膜，沉积电量为膜，沉积电量为0.3 C/cm2。(1)(2)Colleen M., J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, 25612569Colleen M., J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 26662670第69页/共84页p-Cup-Cu2 2O / nO / n-CuCu2 2O

40、O 复合膜的复合膜的SEMSEM(a) p-n Cu2O (pH7.0 + pH4.9)(b) p-n Cu2O (pH8.0 + pH4.9)(c) p-n Cu2O (pH9.0 + pH4.9)第70页/共84页+ O R 高分离效率高分离效率= =高活性？高活性？p-n Cu2O同质结的能带结构和电荷转移方向第71页/共84页p-n Cup-n Cu2 2O O复合膜的复合膜的XRDXRD和吸收光谱和吸收光谱2530354045*CA(200)(111)(110) Intensity (a. u.)2 (degree)B*3004005006007008000102030405060

41、p-n Cu2O (pH7.0+pH4.9) p-n Cu2O (pH8.0+pH4.9) p-n Cu2O (pH9.0+pH4.9) Transmittance (%)Wavelength (nm)（A）p-n Cu2O (pH7.0 + pH4.9)（B）p-n Cu2O (pH8.0 + pH4.9)（C）p-n Cu2O (pH9.0 + pH4.9)第72页/共84页p-n Cup-n Cu2 2O O复合膜的光电化学行为复合膜的光电化学行为由阳极光电流变为阴极光电流的拐点位置向正电位方向移动由阳极光电流变为阴极光电流的拐点位置向正电位方向移动-0.10.00.10.20.3-0.

42、4-0.20.00.2-0.4-0.20.00.2-0.20.00.20.4 Potential (V vs. NHE) Photocurrent (mA/cm2)light offlight onlight offlight on (c)(b)light onlight offp-n Cu2O (pH9.0+pH4.9)p-n Cu2O (pH8.0+pH4.9)light onlight offlight onlight onlight off light offp-n Cu2O (pH7.0+pH4.9)(a)第73页/共84页p-n Cu2O复合膜的表面光电压谱300400500600

43、700800-0.4-0.20.0-0.20.00.2012p-n Cu2O (pH9.0+pH4.9) Wavelength (nm) Photovoltage (mV)p-n Cu2O (pH8.0+pH4.9)(c)(b) (a)p-n Cu2O (pH7.0+pH4.9)界面场弱，界面场弱，产生正的光伏信号产生正的光伏信号界面场较强，开始界面场较强，开始产生负的光伏响应产生负的光伏响应界面场强，产生全界面场强，产生全负的光伏响应负的光伏响应第74页/共84页p-n Cup-n Cu2 2O O复合膜的表面光伏谱和相位谱复合膜的表面光伏谱和相位谱表面照光时，对于表面照光时，对于p-n C

44、u2O (pH7.0 + pH4.9)，界面电场最弱，界面电场最弱，光生电荷主要在表面的作用下分离，产生正的光伏信号。对于光生电荷主要在表面的作用下分离，产生正的光伏信号。对于p-n Cu2O (pH8.0 + pH4.9) ，表面和界面的作用同时体现，使，表面和界面的作用同时体现，使可见区的光伏响应变负。对于可见区的光伏响应变负。对于p-n Cu2O (pH9.0 + pH4.9)界面界面电场最强，生电荷主要在界面的作用下分离，产生负的光伏响电场最强，生电荷主要在界面的作用下分离，产生负的光伏响应。应。300400500600700800-0.4-0.20.0-0.20.00.2012p-n

45、 Cu2O (pH9.0+pH4.9) Wavelength (nm) Photovoltage (mV)p-n Cu2O (pH8.0+pH4.9)MicaFTO substrateto lock-inamplifierh FTO electroden-Cu2Op-Cu2O(c)(b) (a)p-n Cu2O (pH7.0+pH4.9)300400500600700800-180-90090-180-90090180-90090180 Wavelength (nm)(b)(b)(a) Phase (degree)p-n Cu2O (pH9.0+pH4.9)p-n Cu2O (pH8.0+pH

46、4.9)p-n Cu2O (pH7.0+pH4.9) 第75页/共84页p-n Cu2O复合膜用于光催化还原甲基紫精(MV2+)051015(pH9.0+pH4.9)(pH8.0+pH4.9) p-n Cu2O p-n Cu2Ok = 8.48 10-5 min-1k = 6.02 10-5 min-1l l 400 nmFTO substraten-Cu2Op-Cu2Oe-MV2+MV+blank Concentration (m mmol/L)k = 4.84 10-5 min-1 p-n Cu2O(pH7.0+pH4.9)对于对于p-n Cup-n Cu2 2O (pH7.0 + pH4

47、.9)O (pH7.0 + pH4.9)，界面电场最弱，光生电荷主要在表面的作用，界面电场最弱，光生电荷主要在表面的作用下分离，下分离， 对于对于p-n Cup-n Cu2 2O (pH9.0 + pH4.9)O (pH9.0 + pH4.9)，界面电场最强，光生电荷主要在，界面电场最强，光生电荷主要在界面电场的作用下分离，分离效率最高，因此具有最高的光催化活性。界面电场的作用下分离，分离效率最高，因此具有最高的光催化活性。第76页/共84页催化活性的影响催化活性的影响与背照光不同，前照光时，三者催化活性基本相同，与背照光不同，前照光时，三者催化活性基本相同，可能主要是表面处电荷参与光催化反应

48、。表面电子浓度相同？可能主要是表面处电荷参与光催化反应。表面电子浓度相同？0246810051015 pH9.0+pH4.9 pH8.0+pH4.9 pH7.0+pH4.9 blank Concentration (m mmol/L)Time (min)第77页/共84页1:2478杂志名称杂志名称发表时间发表时间IFIF1 1Chemistry - A European Journal,Chemistry - A European Journal, 2009, 15(17), 4366-4372 2009, 15(17), 4366-4372 5.8315.8312 2Chemistry -

49、 A European Journal,Chemistry - A European Journal,2009, 15(45), 12521-12527 2009, 15(45), 12521-12527 5.8315.8313 3Nano Research,Nano Research,2011, 4(5), 460-4692011, 4(5), 460-469 7.3927.3924 4Nano Research, Nano Research, 2011, 4(11): 1144-1152 2011, 4(11): 1144-1152 7.3927.3925 5The Journal of

50、Physical Chemistry C, The Journal of Physical Chemistry C, 2011, 115(17), 8637-8642 2011, 115(17), 8637-8642 4.8144.8146 6Journal of Materials Chemistry, Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 12915-129202012, 22, 12915-12920 6.1016.1017 7Nanoscale, Nanoscale, 2012, 4, 6393-6400 2012, 4, 6393-640

51、0 6.2336.2338 8ACS Applied Materials and Interfaces, ACS Applied Materials and Interfaces, 2012, 4(9), 4853-4857 2012, 4(9), 4853-4857 5.0085.0089 9The Journal of Physical Chemistry C, The Journal of Physical Chemistry C, 2012, 116(3), 2425-2430 2012, 116(3), 2425-2430 4.8144.8141010Nanoscale, Nanos

52、cale, 2013, 5(7), 2938-2944 2013, 5(7), 2938-2944 6.2336.2331111ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, 2013, 5 (10), 4017-4020 2013, 5 (10), 4017-4020 5.0085.0081212The Journal of Physical Chemistry C, The Journal of Physical Chemistry C, 2013, 117(9), 4619-46242013, 117(9), 4619-