在光催化研究中,半導(dǎo)體光催化材料高效寬譜的光吸收性能是保證光催化活性的一個(gè)必要而非充分的條件,因此對(duì)于光催化材料吸收光譜的表征是必不可少的。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)一般由低能價(jià)帶和高能導(dǎo)帶構(gòu)成,價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶。當(dāng)半導(dǎo)體顆粒吸收足夠的光子能量,價(jià)帶電子被激發(fā)越過(guò)禁帶進(jìn)入空的導(dǎo)帶,而在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴,形成電子-空穴對(duì)。這種由于電子在帶間的躍遷所形成的吸收過(guò)程稱(chēng)為半導(dǎo)體的本征吸收。要發(fā)生本征吸收,光子能量必須等于或大于禁帶的寬度Eg,即
(12.1)
其中,hν0是能夠引起本征吸收的最低限度光子能量,即當(dāng)頻率低于ν0,或波長(zhǎng)大于λ0時(shí),不可能產(chǎn)生本征吸收,吸收系數(shù)迅速下降。這種吸收系數(shù)顯著下降的特征波長(zhǎng)λ0(或特征頻率ν0)稱(chēng)為半導(dǎo)體材料的本征吸收限。
在半導(dǎo)體材料吸收光譜中,吸光度曲線短波端陡峻地上升標(biāo)志著材料本征吸收的開(kāi)始,本征波長(zhǎng)與禁帶Eg關(guān)系可以用下式表示出來(lái):
(12.2)
因此,根據(jù)半導(dǎo)體材料不同的禁帶寬度可以計(jì)算出相應(yīng)的本征吸收長(zhǎng)波限。
由于固體樣品存在大量的散射,所以不能直接測(cè)定樣品的吸收,通常使用固體紫外-可見(jiàn)漫反射光譜測(cè)得漫反射譜(UV-Vis Diffuse Reflectance Spectra, DRS),并轉(zhuǎn)化為吸收光譜。利用紫外-可見(jiàn)漫反射光譜法可以方便的獲得半導(dǎo)體光催化劑的帶邊位置,所以是光催化材料研究中的基本表征方法。
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