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[交流]
二氧化鈦光催化的激發(fā)光源
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| 二氧化鈦光催化的激發(fā)光源,是否低于400nm的光都可以?比如X射線呢? |
光催化 |
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深究起來這個問題有點深奧。一般來說,半導(dǎo)體材料的光催化作用被認(rèn)為是跟光生電子和空穴量子效率有關(guān)。地球人發(fā)明了量子力學(xué)又發(fā)明了量子化學(xué),認(rèn)為分子的電子軌道能級有成鍵與反鍵之分。對于半導(dǎo)體,成鍵能級軌道組成所謂的價帶,反鍵能級則組成所謂的導(dǎo)帶,價帶與導(dǎo)帶是不會重疊的。價帶頂部(能量最高的成鍵能級,HOMO)與導(dǎo)帶底部(能量最低的反鍵能級,LUMO)之間的能差稱為帶隙能。基態(tài)半導(dǎo)體的成鍵能級是充滿的,而反鍵能級是全空的。當(dāng)一個能量高于帶隙能的光子被基態(tài)半導(dǎo)體俘獲后,一個價帶上某能級的電子受激躍遷入導(dǎo)帶上某能級(當(dāng)然要符合電子躍遷選律啦),由此也就產(chǎn)生了一個自由電子和一個空穴。當(dāng)然這種解釋還是比較膚淺的。半導(dǎo)體還有直接遷移型半導(dǎo)體和間接遷移型半導(dǎo)體之分。對于間接遷移型半導(dǎo)體,價帶頂(HOMO)的電子獲得足夠的能量之后,還需要有其它粒子(如聲子)的幫助才能躍遷到導(dǎo)帶底(LUMO),直接遷移型半導(dǎo)體則不需要。 二氧化鈦有銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種晶型,電子能態(tài)結(jié)構(gòu)不同,帶隙能略有差異。銳鈦礦是間接遷移型半導(dǎo)體,帶隙能~3.2eV;金紅石和板鈦礦是直接遷移型半導(dǎo)體,帶隙能分別為~3.0eV和~3.4eV。理論上這三種晶型最低的激發(fā)波長分別為金紅石413nm、銳鈦礦387nm、板鈦礦365nm。顯然,低于400nm的光對金紅石而言一般是可以作為激發(fā)光源的,但對銳鈦礦和板鈦礦則未必。當(dāng)然,帶隙能的計算誤差在±0.1eV,而且細(xì)究起來納米材料與宏觀塊體(bulk)材料的能帶結(jié)構(gòu)也是略有差異的,可以從納米材料的UV吸收峰發(fā)生位移看出來。 2樓的回答莫名其妙。地球人沒有說過能量不是量子化的,但也不是就是說能量是不連續(xù)的--否則還有全色光譜(或白光)嗎,再有:你從哪里學(xué)到的“只有能量一致才能被吸收”?是高于最低能級差的能量才能被吸收吧?不要一知半解信口開河。 |
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樓主的這個問題我也糾結(jié)過。后來想通了,不知道對不對,討論一下3樓解釋的很好,對銳鈦礦,只有波長小于388納米的光才能被吸收發(fā)生氧化還原反應(yīng),但對于X射線,波長這么短的電磁波來說,其能量很高,X射線照射到原子或離子里面可以產(chǎn)生投射X射線,彈性散射,非彈性散射,可以產(chǎn)生X光電子,反沖電子,及含俄歇電子等的二次電子,熒光,由此而產(chǎn)生了XAFS,XRD,XPS,俄歇電子能譜,EDAX等檢測手段。話說到這里,樓主也該知道,X射線被半導(dǎo)體吸收后,產(chǎn)生的電子能量足夠大,會被激發(fā)出來,留下空穴。 所以一旦空穴被底物捕獲,非要說這樣可以實現(xiàn)光催化也不是不可,但用X射線激發(fā),太奢侈了吧 |
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站在6、7、8樓嚷嚷的蟲蟲:你該不是在騙樓主的幣幣吧?不懂沒關(guān)系,先好好看看書再發(fā)言。連對象都沒指定,就言之鑿鑿說“只要低于400nm的光源都可以!。 憑什么?380~400nm的光能激發(fā)銳鈦礦和板鈦礦?還“合成二氧化鈦的過程中,原料純度,儀器往往有相關(guān)雜質(zhì)引入”,這只能說明你個人的實驗技能和素養(yǎng)有點XX。只要想合成,以現(xiàn)在的實驗條件制備“純二氧化鈦”木有困難--如果照你說的,所有做合成的童鞋他們只能天天捎帶著搞搞提純作為副業(yè)了。要是連這點雞毛蒜皮都搞不掂,沒有純物質(zhì)對照,你用不純樣品冒充純樣做出來的實驗結(jié)果可信度就太令人質(zhì)疑了。 關(guān)于用X射線激發(fā),其實是不妥的。雖然X射線光子能量很高,即使是軟X射線,也數(shù)倍或百倍于半導(dǎo)體的帶隙能,電子激發(fā)后會迅速退激產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移,如9樓蟲蟲列舉的種種現(xiàn)象,因此大部分能量轉(zhuǎn)變成晶格振動能、熱能及長波輻射損失掉了,而且X射線的穿透能力有限。 |
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