異質結光催化材料中光生電荷分離方向和效率的調控及對光催化活性的影響

劉振興

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安710300）

在科技高速發展的今天，光催化技術的應用可謂是無處不在，相關技術的應用，進一步崔進的了科技的發展和創新，給人們的生活帶來了更多的便利，而對于光催化技術的研究也可謂是數不勝數，通過對光催化活性的研究能夠進一步，提高光催化材料的使用性能和價值，其對于光催化技術的創新及發展有著十分重要的意義。下面，筆者將結合自身的理解和認識，對相關問題進行詳細的論述。

實驗：

在實驗時首先要做好電極制備工作，即FTO/ZnO/Cu2O電極的制備，其制備步驟如下，在 10厘米深的 Zn（NO3）2水溶液中恒電位沉積ZnO，然后在2厘米的Cu（Ac）2水溶液中恒電位沉積Cu2O，最終植被出相應的電極。而FTO/Cu2O/ZnO電極的制備，則是在2厘米的CuSO4水溶液中恒電位沉積Cu2O，進而借助水熱方法，在5厘米的 Zn（NO2）2溶液中生長 ZnO。

結果討論：

實驗時根據ZnO和Cu2O兩種物質之間的功函數差，通常被認為是構成它們之間的異質結后可能出現的界面發電廠，界面電場的方向是從ZnO指向Cu2O，因此，為了更好的實驗研究，結合這兩種材質的特點，使界面電場方向相反的兩種電極，即上文中提到的FTO/ZnO/Cu2O電極和FTO/Cu2O/ZnO電極，在實驗中成功研制出兩種電極后，借助表面光電壓技術進一步研究了這兩種電極中光生電荷的分離方向。經過大量的數據對比分析發現，FTO/Cu2O/ZnO薄膜表面的光電壓響應，在可見區是為負極，這種電壓響應也從側面說明了光生電荷是朝著實驗樣品表面遷移的，而在研究中工作人員也發生處于紫外區的電壓響應為正極，這則說明空穴是朝著實驗樣品表面遷移的。而要想實現光生電荷的有效分離，則主要依賴于可見光，在可見光被激發之后，其作用于實驗材料的光照強度增大，導致大量光生電子向表面遷移，而在這種情況下，光電壓信號則主要反映的是載流子的界面分離情況。當然，在實驗開展過程中，我們還發現紫外線光對于光催化活性的影響也比較大，紫外線光的強弱都會直接影響電荷分離方向及效率等。

在實際研究過程中，為了更好的對相關問題進行研究，分析其光生電荷分離方向效率對光催化活性的影響，實驗時，人們研究了兩組的光催化活性，最終發現不同外加偏壓下光催化產物的生成濃度也存在有一定的差異，對FTO/ZnO/Cu2OD的電極在可見光下具有光催化還原基紫精的能力，而且還原活性還會隨著外界加負偏壓的增大而有所增強。對于FTO/ZnO/Cu2O電機在可見光下具有光催化氧化還原態亞甲基藍的能力，而且其氧化活性還會隨著外加正偏壓的增大而有所增強。

結論：

對于異質結型光催化劑，在分析其廣生電荷分離方向和效率的調控以及對光催化活性的影響時，可以通過改變界面電場未來的方向來進行調控，這種調控還能進一步控制光催化氧化還原反應的類型。在實際應用中，所構造的界面使光生電子遷移到樣品表面，具有光催化還原的能力;如果所構造的界面使光生空穴遷移到樣品表面，則具有光催化氧化的能力。光催化氧化還原反應的調節可以通過改變界面電場的大小來實現。當界面電場強度增大時，光生電荷的分離效率可以迅速提高，而在這個過程中光催化活性也得到了有效的提升。

研究注意事項：

在對異質結光催化材料中光生電荷分離方向和效率的調控及對光催化活性的影響進行研究時，本研究雖然結合相關實驗得出了結論。但是，在具體的研究中依然有許多需要注意的事情，首先，在研究工作開展的時候，工作人員對相關材料有深入的認識，能夠充分的了解所研究材料的化學和物力特性，這樣才能更好的進行下一步研究。其次，研究者還需要熟悉實驗步驟和內容，能夠熟練的進行各項實驗操作，在實驗時準確的記錄各項數據，這樣才能得到詳實的實驗結果。最后，在選擇光催化材料時也需要慎重，不同類型的光催化材料作用可謂是各不相同，如果工作人員在進行材料選擇時不夠慎重，很可能會對實驗結果產生不良影響，所以說，在選擇光催化材料時也需要結合實際情況，進行科學合理的選擇，這樣才能更好的實驗的作用和價值，科學的分析其對光催化活性的影響。而且，在研究工作開展時，還需要加強對各種變量的控制，避免由于變量因素過多，影響實驗結果。

總之，異質結光催化材料中光生電荷分離方向和效率的調控及對光催化活性的影響，受到多方面因素的影響，本文針對兩種電極的異質結光催化材料中光生電荷分離方向和效率進行了研究，并且分析了其對光催化活性的影響，但是，在實際的研究過程中，由于研究時間比較短，研究種類有限，因此，研究還存在有較多的不足，在未來還需要進行更深入的研究，才能進一步證實相關理論的真實性。