無機半導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，深入系統(tǒng)地研究了若干無機半導體光催化微納體系的超快動力學行為和機制，為相關材料體系的實用研發(fā)提供基礎意義上的啟迪和指導。本論文主要包括兩大部分:（一）一元無機半導體光催化體系的超快光譜與動力學研究:(1)醇類分子/g-C3N4體系的界面空穴轉移動力學研究;(2)ZnIn2S4超薄納米片的缺陷態(tài)動力學研究;（二）二元無機半導體光催化體系的超快光譜與動力學研究:(1)BiOCl/g-C3N4的界面電荷轉移

2、動力學研究;(2)Graphene/TiO2的界面電荷轉移動力學研究。
　?。ㄒ唬┮辉獰o機半導體體系的超快光譜與動力學研究
　　(1)醇類分子/g-C3N4體系的空穴轉移動力學
　　以空穴犧牲劑醇類分子吸附在g-C3N4為模型體系，我們采用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術，通過一系列精心設計的比較和控制試驗，深入系統(tǒng)地研究了醇類分子/g-C3N4界面的空穴轉移動力學過程和作用機制。首次在實驗上證實了醇類分子與無機半導體材料所形成的

3、界面發(fā)生的反向空穴轉移(RHT)過程，并定量給出了RHT過程的時間尺度（約幾百皮秒）。通過與質子化g-C3N4的對比，我們證實了甲氧基在空穴犧牲中的決定性作用。通過使用不同波長的激發(fā)光，我們發(fā)現(xiàn)電子-聲子耦合對光激發(fā)空穴轉移動力學的重要作用。通過對比不同醇類分子所關聯(lián)的RHT過程速率，我們首次揭示了實際光催化應用中甲醇被廣泛采用為空穴犧牲劑的物理內涵。
　　(2)ZnIn2S4超薄納米片的缺陷態(tài)動力學
　　長期以來人們一直希

4、望找到缺陷態(tài)結構與光催化活性的關系。以一種典型的一元無機半導體光催化材料ZnIn2S4超薄納米片為模型，我們采用超快瞬態(tài)吸收光譜技術，系統(tǒng)地探討了缺陷態(tài)濃度與電子轉移和電子空穴復合壽命之間的關系。我們發(fā)現(xiàn)在擁有更多Zn空位的ZnIn2S4超薄納米片中，盡管電子轉移的速度沒有太大變化，然而電子空穴復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，帶來顯著提升的催化性能。
　?。ǘ┒獰o機半導體體系的超快光譜與動力學研究

5、r>　　(1)BiOCl/g-C3N4的界面電荷轉移動力學研究
　　p-n異質結體系中經(jīng)常存在光生電荷轉移方向的爭論。對此，我們選擇了最常見的和存在爭議的BiOCl(p)/g-C3N4(n)體系，系統(tǒng)地探討了在這個復合體系中的光生電荷轉移方向。我們發(fā)現(xiàn)光激發(fā)電子是由BiOCl的導帶轉移到g-C3N4的導帶，而不是相反。此外，該轉移過程的時間尺度被確定為約3皮秒。
　　(2)Gaphene/TiO2的界面電荷轉移動力學研究