应用表面光电压谱研究固体表面酸度

测量与亚带隙辐射相关的表面光电压谱可极其灵敏地得到固体表面态信息。固体表面酸与受体表面态相关。本文用近红外光辐射测试了分子筛和杂多酸的表面光电压,观察到在900～1500 nm光谱区有表面光电压响应。不同的峰位对应不同受体表面态位置,代表不同酸的强度;峰强度对应态密度,反映了酸总量。对初步结果也进行了理论分析。     

化学配比调制表面带弯对表面光电压谱的影响

表面光电压技术发展于六十年代初期，Goodman［‘］曾用来测量半导体中少数载流子的扩散长度．在少数载流于扩散长度的计算公式中，无光照射时的表面带弯K。是极重要的参数，改变K。以检验公式的物理意义尤为重要．但早期的研究工作不能显著地改变Vso值．近年来虽出现了一些调制表面带弯的物理手段，如在涮量电极和样品间加一层铁电晶体【到或花样品两侧施加电场等【司，但其效果均不十分理想．表面光电压技术与化学的联系日益密切，王德军等P问到曾尝试将其应用到化学领域中以研究界面电行转移与固体表面酸度．本文则考虑应用化学方法来…     

取代基对偶氮类颜料光伏特性的影响

偶氮类材料由于其具有成本低、来源丰富、易于加工以及可以通过接不同性质的取代基得到不同性能的光电导体等优点 ,作为光接受器材料 ,其导电类型、光生电荷及传输过程以及光照后表面电荷的种类在静电复印、激光打印中起着决定性的作用 [1～ 3] .由于取代基会影响偶氮类材料的费米能级 (电子填充水平 ) ,从而影响其导电类型 .如何判断其导电类型以及光照后表面电荷的种类还是一个难题 .本文首次利用 SPS(表面光电压谱 )和 FISPS(场诱导表面光电压谱 )技术对几种具有不同取代基的双偶氮类有机颜料的光伏特性进行了研究 ,发现取代基对它们…     

Na2CO3对TiO2纳米管电极表面光电化学水分解反应的催化作用研究

光生载流子在半导体/溶液界面处发生的表面复合过程,是制约半导体光电极体系光-电转化效率提高的关键因素之一.本文利用光电流测量和交流阻抗等技术,初步研究了Na2CO3对TiO2纳米管电极表面光电化学水分解反应的催化作用,并对"TiO2/溶液"界面处与阳极析氧有关的光生电荷传输过程及特点进行了探讨.结果表明,在0.5 mol.L-1NaClO4溶液中加入少量的Na2CO3(1mmol.L-1),能够显著促进光生空穴穿过TiO2/溶液界面向溶液中的传输,有效地抑制光生载流子的表面复合过程,从而相应地增大了外电路的光电流,并使TiO2光电极体系的光-电转化效率得到提高.     

TiO2纳米粒子的光催化活性与光伏响应特性研究

TiO2纳米粒子由于其具有良好的化学稳定性、耐光腐蚀性、宽带隙能和大的比表面积等特点而被广泛地应用到光催化降解有机污染物^[1,2]和光催化储能等方面。由于研究手段和研究方法的限制,详细了解催化剂表面光生电荷行为、光谱谱带与催化活性的关系比较困难,而这些关系将为制备高催化活性的光催化剂提供理论基础,由于光催化活性的高低与催化剂的表面性质直接相关,表面光电压谱（SPS）是研究固体材料表面物性和界面间电荷转移过程的有利手段^[3],其为控制光催化机理提供了新的手段。本文利用表面光电压谱方法对系纳米TiO2光催化剂进行了光伏响应测试,发现TiO2的晶型、粒径及表面吸附物对其光催化活性有很大影响。不同性质的表面吸附物可使催化剂表面呈现不同的导电特性,而使其光催化活性不同。利用能带理论和场效应原理对此进行了 合理的解释。     

掺Sn的纳米TiO2表面光生束缚激子的验证及其特性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂Sn的TiO₂纳米粒子, 并主要利用表面光电压谱(SPS)和电场诱导表面光电压谱(EFISPS)对样品进行了表征, 重点探讨了焙烧温度和掺Sn量对TiO₂光生电荷性质的影响. 同时揭示了样品结构与表面光生束缚激子的关系及其特性. 结果表明: 与束缚激子相关的光伏响应只在含有金红石相的TiO₂样品中出现, 且在混晶相中表现得更加显著. 掺杂适量Sn不仅提高了纳米TiO₂的与带带跃迁相关的SPS响应强度, 同时也使与束缚激子相关的SPS响应明显增强.     

三聚噻吩的表面光电压谱研究

采用表面光电压和电场诱导表面光电压技术研究了三聚噻吩在外电场作用下的电子运动行为,结合三聚噻吩的UV光谱、极化子概念以及前线轨道理论,指认了三聚噻吩能级跃迁性质,即380nm附近的峰为带－带跃迁峰,477,465和600nm附近的峰是与单极化子有关的电子跃迁;而在770和990nm附近的峰则是与双极化子有关的电子跃迁峰。     

光电化学反应的催化

本文主要按照催化剂与半导体电极二者之间所形成的结的性质, 分析了催化剂对电极表面上进行的光电化学反应可能具有的效应。分析结果表明, 催化光电化学反应(光生少数载流子的反应)的前提是催化剂微粒与“半导体/溶液”界面之间有足够强的相互作用, 因而在光照下催化剂粒子中电子系统的费米能级能达到或趋近光生少数载流子的准费米能级。文中并采用带环的可换旋转园盘电极研究了Au、Ir等金属微粒对在n-TiO_2单晶电极上进行的Ce~(3+)—→Ce~(4+)等光电化学反应的催化机理, 证实了上述分析结果。     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能. 光催化实验证明, 随着催化剂中金红石含量减少, 催化剂的光催化活性逐渐提高. X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明, 催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构, 并随着金红石含量减少, 催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(—O—)的含量逐渐增加, 而且费米能级逐渐提高. 表面羟基和桥氧是有利于光催化的“活性物种”; 费米能级的提高使TiO2/H2O 面处TiO2的表面带弯增大, 导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大, 有效地促进了光生载流子的分离; 这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

酞菁氧钛/N,N-二甲苯基苝酰亚胺复合薄膜的光伏极性反转

用表面光电压谱和电场诱导表面光电压谱相结合的方法, 研究了酞菁氧钛/N,N-二甲苯基苝酰亚胺复合薄膜的表面光伏行为, 发现加入N,N-二甲苯基苝酰亚胺使复合薄膜在可见光区和近红外光区均产生负的光伏响应, 可归结为光伏极性反转现象. 该响应随着外加偏压方向的改变而改变正负值, 表现出表面态跃迁的特征.  根据N,N-二甲苯基苝酰亚胺n型半导体的性质,  从价带到表面态和从表面态到导带的跃迁能量的差别以及依赖于偏压方向的电场诱导表面光伏响应,  确认表面态来自N,N-二甲苯基苝酰亚胺组分.     

Photochemical and electrochemical properties of porphyrin dimers containing an anhydride spacer

A study on thermogravimetric analyses, surface photovoltage (SPV), electron paramagnetic resonance and electrochemical properties comparing a porphyrin dimer with that of corresponding monomer was presented. The SPV intensity is weaker than that corresponding monomer, and with field-induced surface photovoltage spectroscopy (FISPS) reveal that all the compounds are p-type semiconductors. The spectral bands of all the porphyrins corresponded to π → π* transitions. Electrons (or holes) can be trapped on the porphyrins by applying both light and negative (or positive) electric field. The electrochemistry and EPR of the porphyrins show clearly that a π–π interaction existed between the two macrocycles of the dimer.     

Holmium porphyrin compound liquid crystals: Synthesis and properties

5,10,15,20-Tetra-[(p-alkoxy-m-ethyloxy)phenyl]porphyrin and [5-(p-alkoxy)phenyl-10,15,20-tri-phenyl]porphyrin and their holmium(III) complexes are reported. They display a hexagonal columnar discotic columnar (Col_h) liquid crystal phase and were studied by cyclic voltammetry, surface photovoltage spectroscopy (SPS), electric-field-induced surface photovoltage spectroscopy (EFISPS) and luminescence spectroscopy. Within the accessible potential window, all these compounds exhibit two one-electron reversible redox reactions. Quantum yields of Q band are in the region 0.0045–0.21 at room temperature. The SPS and EFISPS reveal that all the compounds are p-type semiconductors and exhibit photovoltaic response due to π–π^* electron transitions.     

掺镧多孔TiO2纳米晶表面电子结构与能量转换机制

采用溶胶-凝胶法制备多孔掺镧纳米晶二氧化钛样品. 结合光声与表面光伏技术, 研究样品的光声和表面光伏特性. 分析认为, 掺镧后在表面上富集的La-O-Ti化合物形成的施主态活性中心吸附氧和H2O分子后生成的活性氧和羟基, 导致了吸附表面光激发电荷转移跃迁的催化光反应(sensitized photoreaction)机制. 实验证实, 适当的镧掺杂不仅可以增强样品的表面光伏特性, 而且可以有效地抑制非辐射跃迁的发生, 提高光量子效率. 实验在指认与样品非辐射退激有关的电荷转移跃迁过程的同时, 证实非辐射跃迁过程与样品表面是否生成活性氧和羟基活性中心无关.     

Synthesis and properties of 5,10,15,20-tetra(4-lauroylimidophenyl)porphyrin and its metal complexes

Transition metal complexes of 5,10,15,20-tetra(4-lauroylimidophenyl)porphyrin TLPPM [M = Mn(Cl), Fe(Cl), Co, Ni, Cu, Zn] have been synthesized and characterized by means of elemental analyses, UV–VIS spectra, infrared spectra, ¹H NMR spectra, molar conductance, differential scanning calorimetry (DSC), polarized optical microscopy (POM), cyclic voltammetry, luminescence spectra and surface photovoltage spectroscopies. The porphyrin ligand shows liquid crystalline behaviour, and it exhibits a high phase transition temperature 182 °C and a broad mesophase temperature span, 88 °C. The oxidation and reduction properties of the compounds were investigated by cyclic voltammetry. The photovoltaic properties and charge transfer process of the compounds were investigated by surface photovoltage spectroscopy (SPS) and electric field-induced surface photovoltage spectroscopic (EFISPS) techniques, which revealed that all the compounds are p-type semiconductors. Quantum yields of the S₁ → S₀ fluorescence were measured at room temperature. These studies will contribute to further choice and application of the liquid crystals.     

Electrochemical mass spectroscopic and surface photovoltage studies of catalytic water photooxidation by undoped and carbon-doped titania

Carbon-doped TiO2, demonstrated as an efficient photocatalyst in visible light photooxidation of organic compounds, was prepared with different doping concentrations and investigated via differential electrochemical mass spectroscopy (DEMS) and capacitive surface photovoltage (SPV) measurements in the form of thin layer electrodes. In all cases the total photocurrent as well as the surface photovoltage of the doped materials decreased markedly in relation to the undoped one. No detectable oxygen evolved from the doped electrodes in acidic solution under UV-light excitation. Since an oxidation of formic acid is still apparent, it is concluded that this oxidation occurs via isolated, catalytically poorly active trap states within the forbidden energy region. The existence of these states is confirmed by capacitive SPV measurements.     

双长链烷基稀土杂多酸化合物LB膜的制备、结构及性质研究

制备了三种新型双窗长链烷基稀土杂多酸化合物langmuir和langmuir-blodgett膜：DODA/Ln(PW~1~1)~2(Ln=La,Sm,Eu)。用π-A等温线,IR,UV,小角X射线衍射,荧光光谱,光电压谱对其进行了表征。结果表明：它们在空气-水界面有良好的成膜性能,这些单层在表面压为零时,表观单分子占有面积为0.45～0.50nm^2。LB膜有良好的层间有序性,稀土杂多酸阴离子是作为一无机层夹在两个双长链烷基层之间。DODA/Ln(PW)~1~1)~2LB膜具有Sm,Eu的特征荧光,其光电压谱亦有较强的光电响应。     

Properties of meso-tetrakis (4-n-alkanoyloxyphenyl) porphyrin liquid crystal Co and Ni complexes

Six series of meso-tetrakis (4-n-alkanoyloxyphenyl) porphyrin Co and Ni complexes (12 kinds) were reported. Nine of the compounds were found to exhibit liquid crystal properties and display a hexago-nal columnar discotic columnar (Colh) phase. Molecular structure of all synthesized compounds was confirmed by IR, UV, MS, 1H NMR, and elemental analysis. These liquid crystalline compounds have been studied by cyclic voltammetry, luminescence, and surface photovoltage spectroscopy.     

系列Cr（Ⅲ）配合物的晶体结构和表面光电性能

采用常规方法合成了3种Cr（Ⅲ）配合物：[Cr(en)₂ox][Cr(en)(ox)₂]•2H₂O (1)、[Co(NH₂NHCSNH₂)₃][Cr(ox)₃]•7H₂O (2)和Cr(acac)₃ (3) (en=ethylenediamine, ox=oxalic acid, acac=acetylacetone)。通过X射线单晶衍射、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）及表面光电压光谱（SPS）对配合物进行了表征。通过SPS光谱对3种配合物的表面光电性能与其相应的UV-Vis吸收光谱进行了对比。结果表明,配合物在300~600 nm范围内均可呈现较好的光伏响应,而且测得的表面光电压光谱峰位置和紫外吸收光谱有较好的对应关系。     

纳米TiO2的光生电荷迁移特性研究

利用场诱导光电压谱(简称FISPS)和瞬态光伏(简称TPV)技术研究了TiO₂的光生电荷的产生和传输机制.发现光生电荷在体块TiO₂上的迁移机制不同于在纳米TiO₂上的迁移机制，也不同于在结界面空间电荷区的迁移机制. 400 ℃处理的TiO₂颗粒表面具有大量的表面态，光生电荷被表面态捕获-释放机制控制着光伏行为的过程是慢过程. 800 ℃处理的TiO₂已经形成了完整的能带结构，光伏响应除了表现带-带跃迁外,还有一个在带边的自由激子带，光生电荷被表面自建场驱动进行传递的过程是快过程. 600 ℃处理的TiO₂混晶由锐钛矿型和金红石型两种构型组成，在两相之间存在着较低势垒的结界面．它的光伏响应受控于两种机制 ：光生电荷在两相间结界面空间电荷区的传输和在表面自建场驱动下的传输.当激发光强较小时，界面空间电荷区的光生电子由于积累的浓度较小而不能隧穿过结界面，这种场助隧穿只有在外场作用下才能发生.     

ZnO/Cu2O异质结中深能级表面光伏特性

采用恒电压沉积法在导电玻璃(FTO)上制备了具有三棱柱金字塔状的ZnO/Cu2O异质结薄膜. 利用场发射扫描电镜(FESEM)与X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微观形貌和晶体结构进行了表征. 利用表面光电压谱(SPS)、场诱导表面光电压谱(FISPS)和相位谱(PS)研究了单一Cu2O与ZnO/Cu2O异质结薄膜的表面光伏性质. 结果表明, 与单一Cu2O薄膜相比, ZnO/Cu2O异质结薄膜的光伏响应范围拓展到了600~800 nm. 根据SPS, FISPS和PS的作用原理, 拓展部分的光伏响应归因于ZnO/Cu2O异质结中Cu2O层的深能级跃迁, 该跃迁在ZnO-Cu2O界面电场(方向由ZnO指向Cu2O)的作用下得到加强, 同时深能级跃迁产生的电子-空穴对在ZnO-Cu2O界面电场的作用下得到了有效分离和传输.