基于KPFM的等离子体热电子注入的定量研究

发布时间：2020-04-29 09:16

【摘要】：等离子体光催化是将金属纳米粒子与半导体材料复合在一起形成的光催化体系,可以同时吸收太阳光中的紫外光与可见光,显著拓宽了传统光催化材料(TiO_2)的光响应波段,极大提高了光催化效率。热电子的产生和注入是等离子光催化的重要环节,研究金属半导体之间的热电子的产生和转移过程对光催化效率的提高具有十分重要的意义。本论文通过光化学还原法制备了Au颗粒尺寸大约为60 nm的Au-TiO_2,利用开尔文探针力显微镜(KPFM)测量了不同光照情况下的Au-TiO_2的表面电势,通过比较Au颗粒与TiO_2薄膜表面电势差,研究了Au-TiO_2交界处的热电子转移情况。具体工作如下:首先,以高定向热解石墨(HOPG)为标准样品研究了滤波器阶数、灵敏度和驱动电压对表面电势测量的影响,优化了实验中KPFM的测量参数。其次,通过光化学还原法制备了Au-TiO_2样品,利用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM)和紫外-可见分光光度计对样本进行了表征;同时利用KPFM比较了Au-TiO_2在紫外和可见光下的表面电势,得到了热电子迁移的定性规律。最后,利用KPFM测量了不同光照条件下Au-TiO_2的表面电势,发现Au纳米颗粒的表面电势与其吸收光谱具有相同的变化趋势;基于肖特基结太阳能电池理论,建立了表面电势与光照强度的定量理论模型。该模型能很好地拟合不同波长光照下KPFM测试数据,并得到了热电子的注入效率。本论文的研究为热电子注入效率提供了一种有效的定量测试方法,为等离子体光催化复合材料光电转换效率和光催化效率的提高奠定了基础。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;O644.1;TN304

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本文编号：2644414