光电化学综述

光电化学综述一、引言20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系，是传感器定量的基础。以光电化学原理建立起来的这种分析方法，其检测过程和电致化学发光正好相反，用光信号作为激发源，检测的是电化学信号。和电化学发光的检测过程类似，都是采用不同形式的激发和检测信号，背景信号较低，因此，光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。由于采用电化学检测，同光学检测相比，其设备价廉。二、光电化学的概述1、光电化学的工作机理要了解光电化学的工作原理，首先得研究光催化技术。光催化反应的本质是指在受光的激发后，催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。这里以半导体二氧化钛（TiO2）为例介绍一下光电化学的工作原理。ThechargereactionofTiO2undertheillumination由于光生电子和空穴是相伴而生，且数量相等，两者接触时必然会发生复合，为了解决这一问题，通过采用外加电压迫使光生电子向对电极方向移动，电子就可能与光生空穴发生分离，减少或避免了发生简单复合的机会，从而发展出了一种新型的技术——光电化学。。Photoelectrochemicalprogressofsemiconductornanoparticles.极化电势大于Eredox时，则发生氧化反应，产生阳极光电流（Ia）；当极化电势小于Eredox时，则发生还原反应，产生阴极光电流（Ic）；当极化电势既不利于氧化反应也不利于还原反应时，电极附近的光生电子或空穴会直接进入到电极里，产生微弱的光电流。同时，由于半导体微粒的尺寸在纳米范围内，粒子尺寸小于载流子的自由程，因此可以降低光生载流子的复合，提高光能利用效率。。2、光工作电极的制备光电化学反应体系是在传统的光催化反应体系基础上发展而来的，一般有光源系统和三电极体系构成，其中对电极是金属电极，参比电极可以是饱和甘汞电极或氯化银电极，至于工作电极目前应用最多的是TiO2电极。光电极即工作电极是光电化学体系中最为关键的部件，且需要制备。半导体TiO2材料的常用制备方法有溶胶凝胶法、水热法、热溶剂法、直接氧化法等。。实验中，我们常用的方法是直接氧化法。直接氧化法也是制备TiO2纳米材料的一种通用方法，可以采用阳极氧化法或者通过氧化剂氧化钛片制得。在制备的过程中，通过加入无机盐可以控制TiO2纳米棒的晶相，如：F-和SO42-可以形成锐钛矿型TiO