光催化技術(shù)有望解決未來(lái)能源和環(huán)境問(wèn)題，助力完成國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，其關(guān)鍵在于對(duì)高效光催化材料的研發(fā)。為此，開(kāi)展材料光生電荷行為研究非常重要。然而，至今仍缺少此方面的專門書籍。本書注重從光物理和光化學(xué)兩個(gè)角度系統(tǒng)全面介紹光生電荷行為的研究方法，包括穩(wěn)/瞬態(tài)表面光物理技術(shù)、原位技術(shù)等先進(jìn)前沿測(cè)試技術(shù)，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，從時(shí)間和空間分辨的角度揭示光生電荷轉(zhuǎn)移及分離的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和明確相關(guān)技術(shù)的適用條件及分析方法。
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1.“納米光催化材料的表面調(diào)控和異質(zhì)結(jié)構(gòu)建策略”榮獲“2014年度黑龍江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)類） 一等獎(jiǎng)”，第二完成人。
“新型納米結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)合成及其光電性質(zhì)研究”榮獲“2007年度黑龍江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)類） 一等獎(jiǎng)”，第一完成人。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 1
1.1.1 半導(dǎo)體能帶理論 1
1.1.2 雜質(zhì)和缺陷能級(jí) 5
1.1.3 半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)及載流子濃度 9
1.1.4 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 12
1.2 光催化概論 14
1.2.1 光催化基本原理 14
1.2.2 半導(dǎo)體光催化技術(shù)應(yīng)用 16
1.3 光生電荷行為 24
1.3.1 光生電荷的物理行為 24
1.3.2 光生電荷的化學(xué)行為 25
1.4 本書主要內(nèi)容 26
參考文獻(xiàn) 27
第2章 表面光電壓譜 31
2.1 表面光電壓譜的基本原理 32
2.1.1 半導(dǎo)體能帶彎曲 32
2.1.2 表面光電壓信號(hào)的產(chǎn)生 34
2.2 表面光電壓譜測(cè)試系統(tǒng) 37
2.2.1 穩(wěn)態(tài)表面光電壓譜 37
2.2.2 瞬態(tài)表面光電壓譜 38
2.3 表面光電壓譜的主要應(yīng)用 39
2.3.1 基于促進(jìn)氧氣吸附而調(diào)控光生電子的應(yīng)用 39
2.3.2 基于表面極化而調(diào)控光生空穴的應(yīng)用 44
2.3.3 基于引入適當(dāng)能級(jí)平臺(tái)調(diào)控可見(jiàn)光生電子的應(yīng)用 47
2.3.4 基于改善Z型電荷轉(zhuǎn)移調(diào)控光生電荷分離的應(yīng)用 50
2.4 小結(jié)和展望 52
參考文獻(xiàn) 53
第3章 瞬態(tài)吸收光譜 57
3.1 瞬態(tài)吸收光譜的基本原理 58
3.2 瞬態(tài)吸收光譜測(cè)試系統(tǒng) 60
3.2.1 微秒瞬態(tài)吸收光譜 60
3.2.2 飛秒瞬態(tài)吸收光譜 61
3.3 瞬態(tài)吸收光譜動(dòng)力學(xué)解析 63
3.3.1 動(dòng)力學(xué)時(shí)域分布 63
3.3.2 動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析 64
3.4 瞬態(tài)吸收光譜的主要應(yīng)用 69
3.4.1 金屬氧化物光生電荷性質(zhì) 69
3.4.2 金屬氧化物光生電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué) 72
3.4.3 有機(jī)高分子材料光生電荷性質(zhì) 74
3.4.4 有機(jī)高分子材料光生電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué) 79
3.5 小結(jié)和展望 84
參考文獻(xiàn) 85
第4章 熒光光譜 91
4.1 熒光光譜基本原理 92
4.1.1 穩(wěn)態(tài)熒光光譜的原理 92
4.1.2 時(shí)間分辨瞬態(tài)熒光光譜的原理 94
4.2 熒光光譜的測(cè)試系統(tǒng) 95
4.2.1 穩(wěn)態(tài)熒光光譜的測(cè)試系統(tǒng) 95
4.2.2 瞬態(tài)熒光光譜的測(cè)試系統(tǒng) 96
4.3 熒光光譜技術(shù)在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用 98
4.3.1 穩(wěn)態(tài)熒光光譜直接反映光生電荷分離 98
4.3.2 穩(wěn)態(tài)熒光光譜間接反映光生電荷分離 99
4.3.3 瞬態(tài)熒光光譜反映光生電荷分離 103
4.4 小結(jié)和展望 106
參考文獻(xiàn) 106
第5章 原位輻照X射線光電子能譜 108
5.1 原位輻照XPS技術(shù)的基本原理和測(cè)試裝置 109
5.1.1 基本原理 109
5.1.2 測(cè)試裝置 110
5.2 原位輻照XPS方法的應(yīng)用 111
5.2.1 揭示單一光催化劑的電荷分離行為 112
5.2.2 揭示常規(guī)異質(zhì)結(jié)光催化劑的電荷轉(zhuǎn)移行為 113
5.2.3 揭示Z（S）型異質(zhì)結(jié)的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制 115
5.3 小結(jié)和展望 121
參考文獻(xiàn) 121
第6章 開(kāi)爾文探針力顯微鏡 124
6.1 基本原理及測(cè)試系統(tǒng) 124
6.2 KPFM方法在光催化材料研究中的應(yīng)用 126
6.2.1 研究單體材料形態(tài)結(jié)構(gòu)和晶面特征對(duì)電荷分離的影響 127
6.2.2 研究Z型異質(zhì)結(jié)復(fù)合體的界面電荷轉(zhuǎn)移 128
6.2.3 研究光生載流子在光電催化體系中的遷移行為 132
6.3 小結(jié)和展望 133
參考文獻(xiàn) 134
第7章 光電化學(xué)方法 136
7.1 基本原理及測(cè)試模式 136
7.1.1 基本原理 136
7.1.2 測(cè)試模式 137
7.2 應(yīng)用實(shí)例 138
7.2.1 利用光電流曲線測(cè)試分析材料體系的光生電荷轉(zhuǎn)移與分離性質(zhì) 138
7.2.2 利用光電流作用譜對(duì)異質(zhì)結(jié)體系光生電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制驗(yàn)證 144
7.3 小結(jié)和展望 149
參考文獻(xiàn) 150
第8章 電子順磁共振波譜 152
8.1 EPR技術(shù)的基本原理 152
8.2 EPR技術(shù)的研究對(duì)象 154
8.3 測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)量方法 155
8.3.1 EPR測(cè)試系統(tǒng) 155
8.3.2 自旋捕獲技術(shù) 156
8.4 EPR技術(shù)在光催化劑電荷分離研究中的應(yīng)用 157
8.4.1 基于缺陷檢測(cè)的光生電荷分離研究 157
8.4.2 基于順磁性離子檢測(cè)的光生電荷分離研究 159
8.4.3 基于自由基檢測(cè)的光生電荷分離研究 163
8.5 小結(jié)和展望 167
參考文獻(xiàn) 168
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