光催化领域中的专业术语
光催化领域中的专业术语
一. 半导体与电解液界面有关的概念
表面能带弯曲:由于表面分子或离子的吸附形成的表面电荷势或者由于表面缺陷而形
成相对于体内的不同的电势分布, 而导致半导体的导带和价带在表面发生弯曲的现象.
积累层:由于半导体的表面能带弯曲而使得半导体的多数载流子积累到半导体的表面
附近, 这层就叫做积累层. 在电解液一侧则会吸附带相反电荷的离子层. 耗尽层:对n 型半导体而言, 由于表面能带向上弯曲. 在表面层附近出现多数载流子的损耗,. 这层叫耗
尽层
反型层:由于能带弯曲而使表面的费米能靠近体块材料的少数载流子的能带, 这就是
得表面的少数载流子的浓度高于多数载流子的浓度, 形成了与体内相反的现象.
空间电荷区:由于半导体和电解液两边电子的化学势不同, 而引起电荷的迁移, 而形
成内建电场, 从而使半导体内靠近表面的区域出现多余的电荷. 这一区域叫空间电荷区.
亥姆赫兹层:由于固体表面电荷的吸引, 电解液中的带相反电荷粒子, 其距离与离子
的半径相当.
扩散层:在电解液一侧, 由于热扰动非均匀的吸附原子, 分子或离子, 这层可由亥姆
赫兹层到体电解液
.
二. 半导体的光学性质有关的概念
费米能级:固体或电解液中电子的化学势. 半导体在光照的条件下费米能会分裂成两
个准费米能级, 电子和空穴的费米能级. 电子的费米能及在导带下面靠近导带的位置, 而空穴的费米能及则在价带上面靠近价带的位置, 光强越强, 则费米能分裂的越大. 费米能在禁带中的位置决定了光生自由载流子的浓度.
平带电势:是指在半导体和电解液的界面, 没有多余的电荷存在, 没有电场和空间电
荷区, 以至于半导体的导带和价带不发生能带弯曲, 此时半导体的电极电势即为平带电势.
本征表面缺陷:表面点缺陷, 线缺陷, 面缺陷. 如表面的氧空位等.
非本征表面缺陷:半导体表面非化学式计量比引起的缺陷或者由于任何种类的吸附,
这些非本征表面缺陷在异质光催化中非常重要角色. 它们是光催化反应中心. 在光催化剂的表面层附近的表面缺陷和体缺陷起了吸收光和产生载流子的作用. 也能起到捕获载流子
形成复和中心的作用. 因此, 影响光催化剂表面的光生载流子的浓度, 从而影响光催化反应的效率.
表面态:由于晶体的自由表面的存在使其周期性发生中断, 从而在半导体禁带中形成
表面能级. 以及由于表面的缺陷和吸附其他的原子也可以形成表面态. 深能级陷阱:在半
导体的带隙中, 它与半导体的导带和价带的能级差比再给定温度下由于固体的热激发能大得多. 主要的衰减途径是复合异号的载流子或者是光离化.
色心:在半导体中吸附带相反电荷的长寿命的深陷阱. 随着光照的延长色心不断增加, 而形成非本征的吸收带.(光致变色), 在一般温度下色心的衰变是通过光离化形成自由载
流子和空的陷阱. 光催化活性态可以理解成表面色心. 半导体的F,V 色心可以理解成介稳态的光催化活性态.
光的穿透深度:吸收系数的倒数. 通常认为是当光谱辐射能量减少到入射能量的1/e
时穿过固体的深度叫做穿透深度. 在半导体中, 它决定了半导体空间电荷区, 在这个区内激发载流子.
三. 与光催化动力学过程有关的概念
吸附:分子, 原子, 或离子与固体表面产生物理化学相互作用而吸附在固体表面的现象, 分别为物理吸附和化学吸附.
物理吸附:固体表面通过物理相互作用而吸附的原子, 分子和离子的现象. 通常是van der Waals力, 偶极相互作用.
化学吸附:固体表面通过化学相互作用而吸附的原子, 分子和离子的现象. 通常在表
面与吸附物之间形成化学建, 因此比物理吸附更牢固.
光吸附中心:由于光激发而使催化剂的表面吸附分子原子或者离子, 一般是化学吸附, 这些吸附点就是光吸附中心
光脱附:由于光量子的参与而导致的催化剂表面吸附物的脱附. 表面光吸附中心的活
化态:电子被激发的表面中心或者捕获光生载流子的表面中心. 与孤立的原子, 分子或者
固液, 固气中的离子或者形成化学吸附层的固液界面相互作用. 光催化中的催化点:发生
化学反应的点, 在异质光催化中活性点浓度通常是未知的, 所以用这个术语来描述是很困难的. 一般假设活性点分布在光催化剂的整个表面. 因此, 一般用每单位面积的活性点来表述, 这个面积使用BET 比表面积. 表面光催化中心的活化态:表面中心的电子被激发或者捕获光生载流子, 这些表面中心与界面处的原子, 分子或离子相互作用形成产物或者中间物质.
光催化活性中心的失活:对固体催化剂而言, 由于任何物理转变而引起的光催化活性
态到非活性态的变化. 如果光催化活性中心是激发态, 则主要通过辐射或非辐射而转变成
低能态. 然而, 如果活性中心是由光生载流子阱形成的激发态, 它的失活可能热离化, 光离化, 异号自由载流子的复合这种情况在固体物理中被描述为深陷阱, 这是一种复合中心.
四. 光催化活性评价有关的概念
AM (air mass) :太阳在任何位置与在天顶时，日射通过大气到达观测点的路径之比 .
AM (1) 太阳光:太阳垂直地球表面的太阳辐照度
类黑体光催化反应器:一个球状或者柱状的反应器, 来确定粉末样品的光催化反应的
量子产率, 这个反应器包括一个装粉末样品的腔体(腔体内壁假设是全反射的) 和一个可
让光照射到粉末表面的窄窗口. 入射光子几乎全部被粉末全部吸收. 量子产率:在一定的
波长下. φ(λ)=某一给定产物生成的量/吸收的光子数, 作用光谱:在同样的光强照射下, 单位数量的入射光子引起的生物的或化学的光响应与入射光波长的关系, 又叫做谱响应或者谱敏感性. 精确的谱响应使用量子效率随光波长的关系来表征的. 为了确定光催化剂的活性谱与作用光谱的对应关系, 在全波段范围内反应速率随光强的线性依赖型必须是确定的. 因为光强度的变化会引起化学响应的变化, 从而使作用光谱发生变化.。