【摘要】：半導(dǎo)體晶面效應(yīng)可以誘導(dǎo)光激發(fā)的電子與空穴分別遷移到不同的晶面,減小復(fù)合的機(jī)會,從而提高電荷分離效率。理解晶面誘導(dǎo)電荷分離的過程可以幫助人們設(shè)計出具有高催化活性的光催化劑,但對該電荷分離過程機(jī)制的解釋還存在很大的爭議。針對該爭議的問題,本論文采用密度泛函理論計算,選取3種具有代表性的體系TiO2、Cu2WS4和SrTiO3,來研究不同晶面的特性與電荷分離的關(guān)系,嘗試找出幾種解釋電荷分離機(jī)理之間的聯(lián)系。獲得的主要結(jié)果如下:一、表面能的計算結(jié)果表明,不同晶面的表面能具有顯著差異,且表面能與表面懸鍵數(shù)量成正相關(guān)。結(jié)合實驗上電荷空間分離的結(jié)果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)空穴傾向于堆積在具有高表面能的表面,而電子傾向于堆積在相對表面能較低的表面。二、各個晶面的每一層的投影態(tài)密度表明,不同的晶面會有不同的能帶彎曲情況,從而導(dǎo)致了不同晶面具有不同的價帶頂與導(dǎo)帶底的能級。這種能級差確實有利于電荷的分離且與實驗結(jié)果一致,但是這里的能帶彎曲的作用范圍只有幾層原子(約1nm),因此可能作用有限。從表面的能帶圖與體相投影能帶圖的對比,可以找出表面態(tài)所對應(yīng)的能帶,原子軌道分布計算進(jìn)一步確認(rèn)這種表面態(tài)只是由表面的原子貢獻(xiàn)。三、吸附水分子后,晶面的投影態(tài)密度計算結(jié)果表明,水分子的吸附對于表面異質(zhì)結(jié)影響很小,并沒有改變表面幾層原子的能帶彎曲情況。四、有效質(zhì)量的計算結(jié)果表明,有效質(zhì)量沿不同晶面方向的各向異性并不能解釋實驗上電荷分離現(xiàn)象。從體相能帶能量的各向異性中,發(fā)現(xiàn)體相能帶沿著不同晶面方向能量的各向異性可能是電荷分離的一個重要內(nèi)在因素。因此,表面異質(zhì)結(jié)和體相能帶各向異性兩者共同導(dǎo)致了電荷空間分離在不同的晶面上。
【圖文】：

邐Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ逡逑ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ逡逑圖１．１半導(dǎo)體光解水示意圖１４１１逡逑ｖａｃｕｕｍ邋ｌｅｖｅｌ邋［ｅＶ］邐Ｅ邋ｖｓ邋ＮＨＥ逡逑０廠逡逑ｏ邐１逡逑３邋０邋Ａ邋ｇ邋0－邋ｇ邋ｇ邋１邋0邋？邐．邋0邋ｉ．邋＾邋Ｔ邋Ｉ邋§邋－邋－１．０逡逑４．0＾ｉｙ４邋Ｉ邋ｉ邋ｓ邋Ｉ邋孚邋ｇ邐＾邋二＾邋午千－？邋．逡逑５０＿邋Ｔ邐ＴＴ邋Ｔ邋Ｘ邋Ｓ邋－邋ｎ逡逑？十邋１．０逡逑６邋ｐ邋Ｗ邋ｙｙｑ邋Ｄ．ｐ邋■邋－今邋＿邋＾邐士－N邐二逡逑ｃ0ｒ0ｒ0Ｃｖｉｃｓｉｆ0ｕＳｃ0ｆ0Ｃ＼ｉ0ｊｒ0ｃ0邐ｏｒ＾逡逑＿邋＋邋２．０逡逑？７．０邋－邐N邐－逡逑NN邐NNN邐－＋３．０逡逑－８．０－邐N邐－逡逑圖１．２幾種常見光催化劑的帶隙與價帶導(dǎo)帶位置［４２］逡逑１．３電荷分離與現(xiàn)有的機(jī)理逡逑最近，許多文獻(xiàn)報道了在一些半導(dǎo)體材料中，當(dāng)在溶液中加入ＨＡｕＣＵ、逡逑４逡逑

是由半導(dǎo)體表面態(tài)導(dǎo)致的能帶彎曲。在清潔的半導(dǎo)體表面，由于表面晶格的周期逡逑性的截斷，表面態(tài)就會存在。這里的能帶彎曲是由于表面和體相的費米能級不同逡逑造成的。如圖１．４所示，對于本征半導(dǎo)體，其體相的費米能級與表面的相同，因逡逑此在體相和表面沒有電荷轉(zhuǎn)移，能帶便是平的。對于ｎ型半導(dǎo)體，體相的費米能逡逑級更靠近導(dǎo)帶，因此在沒有平衡的狀態(tài)時比表面的費米能級高。為了達(dá)到平衡，逡逑電子便從體相轉(zhuǎn)移到表面，直到兩者費米能級相等。在平衡時，能帶便向上彎曲。逡逑而對于ｐ型半導(dǎo)體，，體相的費米能級更靠近價帶，比表面的費米能級低，電子便逡逑會從表面轉(zhuǎn)移到體相，平衡時，能帶便會向下彎曲。逡逑半導(dǎo)體中所謂的能帶彎曲主要是由于表面態(tài)種類、密度和位置決定的，也和逡逑半導(dǎo)體本身的摻雜種類、濃度等密切相關(guān)，其作用范圍多為兒十到上百納米，被逡逑稱之為空間電荷層。很多時候
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O649

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