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标题: 【求助】为什么有些半导体有光催化性能，而有些没有？ [打印本页]

作者: 66小飞侠 时间: 2015-12-17 10:50 标题: 【求助】为什么有些半导体有光催化性能，而有些没有？

提到光催化，一般人都想到氧化钛，氧化锌等，但是有一些半导体比如说四氧化三钴等，他们的带隙只有一点多，为什么在紫外光源下光催化甲基橙的时候都没有效果呢？
到底是什么导致的材料具有光催化性能？对于一种材料怎么才能判断其是否具有光催化性能呢？

作者: nn255 时间: 2015-12-17 10:54

能带位置需要满足光催化的要求，这是必然，因为这是从能量上讲或者说从氧化还原能力上讲所必须要满足的首要条件。
其次，光催化实际发生作用的，并不是光生电子和空穴，而是由光生电子和空穴跟周围环境作用（比如水）产生的过氧根离子、羟基自由基等。是这些具有强氧化或者还原能力的基团在催化着反应。
那么，光催化是否能够发生，就需要考虑你的能带位置、光生载流子的寿命、周围环境、活性基团的寿命等等。
而有些半导体，虽然能带很窄，但它是间接带隙半导体。常用的光催化剂多是直接带隙半导体。
具体内容，楼主可以找相关光催化书籍了解了解，自然明了。

作者: 66小飞侠 时间: 2015-12-17 10:54

QUOTE:

原帖由 nn255 于 2015-12-17 10:54 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '%s')
能带位置需要满足光催化的要求，这是必然，因为这是从能量上讲或者说从氧化还原能力上讲所必须要满足的首要条件。
其次，光催化实际发生作用的，并不是光生电子和空穴，而是由光生电子和空穴跟周围环境作用（比如水）产生的过氧根 ...

你好，我现在看得是《光催化及光电催化基础与应用》(刘守新编著)，有邮箱吗？给你传过去，不过要求邮箱的附件容量要大的，文件有30多M的，呵呵

作者: SO2 时间: 2015-12-17 10:54

你可以从 band structure的角度考虑下它们的能带的位置不能只从禁带宽度来考虑催化性比如说氧化钨 band gap 2.8eV大于水的1.3eV 左右但光解水时几乎不催化产生氢气就是由于其 conduction band 位置比氢的要低

作者: taoshengyijiu 时间: 2015-12-17 10:55

半导体催化性能归根结底是电势的高低，bandgap只代表是否能激发，至于激发出来的空穴的电势即价带顶是多少必须查文献或者自己测试，达不到降解有机污染物所需电势自然而然降解不了。制氢需要考虑，降解也一样~~~

作者: xyw5 时间: 2015-12-17 10:56

提到光催化，一般人都想到氧化钛，氧化锌等，但是有一些半导体比如说四氧化三钴等，他们的带隙只有一点多，为什么在紫外光源下光催化甲基橙的时候都没有效果呢？
到底是什么导致的材料具有光催化性能？对于一种 ...

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楼主你好！我最近也在关注你说的这方面的问题。我现在正在看的一本光催化的书是《光催化及光催化基础与应用》，不知道楼主有没有找到更好的书。推荐一下。谢谢！

作者: ero11 时间: 2015-12-17 10:57

热力学容许光催化氧化还原反应能够发生的要求是：受体电势比半导体导带电势要低，供体电势比半导体价带电势要高。

作者: 66小飞侠 时间: 2015-12-17 10:58

能带位置需要满足光催化的要求，这是必然，因为这是从能量上讲或者说从氧化还原能力上讲所必须要满足的首要条件。
其次，光催化实际发生作用的，并不是光生电子和空穴，而是由光生电子和空穴跟周围环境作用（比如 ...

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你好，我想问一下，这里提到的能带位置指的是与染料分子的氧化还原电位匹配还是与水的氧化还原电位匹配，因为光催化的反应一般都在水溶液中进行，主要来源于羟基自由基的反应，而羟基自由基的来源则是水，所以我想知道这里表述的能带位置应该是相对于哪种物质的？

作者: txwuyan 时间: 2015-12-17 10:58

能带位置需要满足光催化的要求，这是必然，因为这是从能量上讲或者说从氧化还原能力上讲所必须要满足的首要条件。
其次，光催化实际发生作用的，并不是光生电子和空穴，而是由光生电子和空穴跟周围环境作用（比如 ...

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谢谢。写得很好。请教个问题，为什么常用光催化剂多是直接带隙半导体？有什么说法？

作者: lorri 时间: 2015-12-17 10:59

你好，我想问一下，这里提到的能带位置指的是与染料分子的氧化还原电位匹配还是与水的氧化还原电位匹配，因为光催化的反应一般都在水溶液中进行，主要来源于羟基自由基的反应，而羟基自由基的来源则是水，所以 ...

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你好。我理解的是与反应物的氧化还原电位匹配。
但中间涉及到电子空穴与周围环境作用生成一些活性基团，我认为在这个过程中应该也是存在能量损失的。
具体再往下就太深入了，呵呵，很抱歉，其实我是做材料的。业余搞过几天光催化。

作者: lorri 时间: 2015-12-17 10:59

谢谢。写得很好。请教个问题，为什么常用光催化剂多是直接带隙半导体？有什么说法？

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呵呵，粗浅的表达一下我的理解，我没有找专家证实过。请您仅当参考吧。
首先，我们看一下间接带隙半导体的定义：
间接带隙半导体材料（如Si、Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。
间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。电子在k状态时的动量是（h/2pi）k，k不同，动量就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。
与之相对的直接带隙半导体则是电子在跃迁至导带时不需要改变动量。
也就是说，在间接带隙半导体中，导带底与价带顶对应的波矢不同，载流子的运动会受到阻碍，应该是不利于光催化的。
因此我想，也许这就是为什么太阳能器件中多采用单晶硅。
有错误的话，请轻拍。。。。。

作者: PINK 时间: 2015-12-17 11:00

你好。我理解的是与反应物的氧化还原电位匹配。
但中间涉及到电子空穴与周围环境作用生成一些活性基团，我认为在这个过程中应该也是存在能量损失的。
具体再往下就太深入了，呵呵，很抱歉，其实我是做材料的 ...

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多谢你的回复。你的意思是Si为间接带隙半导体，不利于光催化，所以太阳能器件中多采用单晶硅？
不过TiO2也是间接带隙半导体，但是在光催化研究中应用很多啊。
如果有专门的文献讨论直接或者间接带隙半导体与催化关系的文章？能否推荐一篇？多谢！

作者: rfv 时间: 2015-12-17 11:00

呵呵，粗浅的表达一下我的理解，我没有找专家证实过。请您仅当参考吧。
首先，我们看一下间接带隙半导体的定义：
间接带隙半导体材料（如Si、Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满 ...

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我有一点小小的质疑。因为氧化钛就是间接带隙半导体，但是性能还不错。我的理解是直接间隙半导体多用来做光致发光。从产生到复合，很难说直接或间接有什么作用。

作者: rfv 时间: 2015-12-17 11:01

提到光催化，一般人都想到氧化钛，氧化锌等，但是有一些半导体比如说四氧化三钴等，他们的带隙只有一点多，为什么在紫外光源下光催化甲基橙的时候都没有效果呢？
到底是什么导致的材料具有光催化性能？对于一种材 ...

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请问四氧化三钴的带隙具体是多少？还有来源？
我查了一些资料都没有找到，你能告诉我吗？
谢谢

作者: sunnyB 时间: 2015-12-17 11:03

半导体催化性能归根结底是电势的高低，bandgap只代表是否能激发，至于激发出来的空穴的电势即价带顶是多少必须查文献或者自己测试，达不到降解有机污染物所需电势自然而然降解不了。制氢需要考虑，降解也一样~~~

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请问这位大牛，甲基橙降解所需电势是多少啊？

作者: u76mp 时间: 2015-12-17 11:03

QUOTE:

原帖由 sunnyB 于 2015-12-17 11:03 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '%s')
半导体催化性能归根结底是电势的高低，bandgap只代表是否能激发，至于激发出来的空穴的电势即价带顶是多少必须查文献或者自己测试，达不到降解有机污染物所需电势自然而然降解不了。制氢需要考虑，降解也一样~~~
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这个我也不知道，有机物有没有电势这个问题我也不是很清楚，这当年的回答现在看来也有些不妥。

作者: sunnyB 时间: 2015-12-17 11:03

那Ni2是直接能隙半导体吗？

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