作者:刘万生 陈若天 罗雅玲 来源:中国科学报 发布时间:2019-1-8
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中科院大连化学物理所
揭示缺陷促进电荷分离新机制

 

本报讯(记者刘万生 通讯员陈若天、罗雅玲)中科院大连化物所范峰滔、李灿团队同德国亥姆霍兹柏林能源与材料中心合作,利用断层扫描光电压成像、时间分辨表面光电压方法,在研究半导体光催化剂微纳米尺度电荷分离过程中缺陷的重要作用方面取得新进展。相关成果日前发表于《纳米快报》。

缺陷普遍存在于半导体光催化剂中。它形式多样,在光生载流子分离过程中扮演多重角色:一方面,缺陷可以捕获光生载流子,促进电荷分离;另一方面,它又可以成为光生载流子的复合中心,降低电荷分离效率。因此,研究缺陷在光生电荷分离过程中的作用机制,对于提高太阳能光催化转换效率具有重要的指导意义。

然而,由于光生电荷的分离过程发生于微纳米尺度,其寿命横跨12个数量级,探讨缺陷在该过程中的重要作用非常具有挑战性。

研究人员利用时空分辨表面光电压光谱方法,探讨了Cu2O光催化颗粒近表面的捕获空穴本征缺陷VCu和捕获电子人造缺陷H-VCu在光生电荷分离方面的作用机制。

研究表明,近表面100纳米之内的缺陷种类主导光催化剂表面的载流子分布类型,进而决定其光(电)催化性能。而人造缺陷会克服内建电场的作用,造成电荷分离方向的反转。接下来,研究团队通过断层扫描光电压成像方法发现,光生电荷分离过程是H-VCu缺陷和内建电场的共同作用。随着深度的增加,电荷分离会由H-VCu缺陷主导过渡到由内建电场主导。

相关论文信息:DOI:10.1021/acs.nanolett.8b04245

《中国科学报》 (2019-01-08 第4版 综合)
 
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