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锐钛矿/金红石TiO2相结界面电荷分离的时间分辨发光光谱研究
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:TQ225[化学工程—有机化工]
  • 作者机构:中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,洁净能源国家实验室(筹),辽宁大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金(21203185,21373209)和国家重点基础研究发展计划(2014CB239400).
中文摘要:

“结”的构筑,被证实是提高电荷分离效率的重要策略,在太阳电池、光催化等领域有广泛应用.跟踪研究异质结、异相结处的电荷转移动力学,可深入认识结的作用,进一步指导新材料、新结构的设计合成.锐钛矿/金红石TiO2异相结,可大大提高TiO2光催化重整生物质制氢的产氢性能.锐钛矿/金红石异相结处的电荷分离、复合等动力学行为还亟需进一步深入研究,我们使用时间分辨发光光谱技术,重点研究了锐钛矿和金红石界面处的电荷转移过程及其对电荷复合过程的影响机制.我们制备了一系列具有不同晶相组成的TiO2催化剂,使用XRD和表面灵敏的紫外拉曼光谱表征确定了样品的表面和体相组成,研究其光致发光性质并与其晶相组成相关联.发现,TiO2的发光行为与其晶相结构直接相关,特别是与其表面晶相结构存在密切关系.其中,500 nm的可见发光带与锐钛矿晶相相关,而835 nm的近红外发光带与金红石晶相相关.分析可见发光带强度随TiO2晶相组成的变化,发现TiO2粒子中存在少量金红石成分时,可见发光带强度不仅未猝灭,反而有一个明显的增强效应,同时,近红外发光峰的出现也存在一定的延后现象.这些结果表明锐钛矿/金红石异相结处存在金红石向锐钛矿的电荷转移过程.进一步,使用时间分辨发光光谱研究可见发光带和近红外发光带的衰减动力学,从而分析揭示锐钛矿/金红石相结对锐钛矿和金红石的载流子动力学的影响机制.对于可见发光带来说,锐钛矿/金红石异相结的存在使可见发光带的衰减速率在微秒时间尺度减慢,而在毫秒时间尺度反而衰减变快.在金红石为主要晶相的混相氧化钛中(如TiO2-800),还观测到了一个新的约0.43ms的快衰减成分,表明锐钛矿向金红石的载流子转移过程.对于近红外发光带来说,与可见发光带类似,在微秒时间尺度的衰减也明显变慢,寿?

英文摘要:

Junctions are an important structure that allows charge separation in solar cells and photocatalysts. Here, we studied the charge transfer at an anatase/rutile TiO2 phase junction using time-resolved photoluminescence spectroscopy. Visible (-S00 nm) and near-infrared (NIR, -830 nm) emissions were monitored to give insight into the photoinduced charges of anatase and rutile in the junction, respectively, New fast photoluminescence decay components appeared in the visible emission of futile-phase dominated TiO2 and in the NIR emission of many mixed phase TiO2samples. The fast decays confirmed that the charge separation occurred at the phase junction. The visible emission intensity from the mixed phase TiO2 increased, revealing that charge transfer from rutile to anatase was the main pathway. The charge separation slowed the microsecond time scale photolumines- cence decay rate for charge carriers in both anatase and rutile. However, the millisecond decay of the charge carriers in anatase TiO2 was accelerated, while there was almost no change in the charge carrier dynamics of rutile TiO2. Thus, charge separation at the anatase/rutile phase junction caused an increase in the charge carrier concentration on a microsecond time scale, because of slower electron-hole recombination. The enhanced photocatalytic activity previously observed at ana- tase/rutile phase junctions is likely caused by the improved charge carrier dynamics we report here. These findings may contribute to the development of improved photocatalytic materials.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199