光催化技術有望解決未來能源和環(huán)境問題，助力完成國家“雙碳”目標，其關鍵在于對高效光催化材料的研發(fā)。為此，開展材料光生電荷行為研究非常重要。然而，至今仍缺少此方面的專門書籍。本書注重從光物理和光化學兩個角度系統(tǒng)全面介紹光生電荷行為的研究方法，包括穩(wěn)/瞬態(tài)表面光物理技術、原位技術等先進前沿測試技術，并結合應用實例，從時間和空間分辨的角度揭示光生電荷轉(zhuǎn)移及分離的動力學過程和明確相關技術的適用條件及分析方法。
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1.“納米光催化材料的表面調(diào)控和異質(zhì)結構建策略”榮獲“2014年度黑龍江省科學技術獎（自然科學類） 一等獎”，第二完成人。
“新型納米結構材料的設計合成及其光電性質(zhì)研究”榮獲“2007年度黑龍江省科學技術獎（自然科學類） 一等獎”，第一完成人。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 半導體物理基礎 1
1.1.1 半導體能帶理論 1
1.1.2 雜質(zhì)和缺陷能級 5
1.1.3 半導體的費米能級及載流子濃度 9
1.1.4 半導體異質(zhì)結 12
1.2 光催化概論 14
1.2.1 光催化基本原理 14
1.2.2 半導體光催化技術應用 16
1.3 光生電荷行為 24
1.3.1 光生電荷的物理行為 24
1.3.2 光生電荷的化學行為 25
1.4 本書主要內(nèi)容 26
參考文獻 27
第2章 表面光電壓譜 31
2.1 表面光電壓譜的基本原理 32
2.1.1 半導體能帶彎曲 32
2.1.2 表面光電壓信號的產(chǎn)生 34
2.2 表面光電壓譜測試系統(tǒng) 37
2.2.1 穩(wěn)態(tài)表面光電壓譜 37
2.2.2 瞬態(tài)表面光電壓譜 38
2.3 表面光電壓譜的主要應用 39
2.3.1 基于促進氧氣吸附而調(diào)控光生電子的應用 39
2.3.2 基于表面極化而調(diào)控光生空穴的應用 44
2.3.3 基于引入適當能級平臺調(diào)控可見光生電子的應用 47
2.3.4 基于改善Z型電荷轉(zhuǎn)移調(diào)控光生電荷分離的應用 50
2.4 小結和展望 52
參考文獻 53
第3章 瞬態(tài)吸收光譜 57
3.1 瞬態(tài)吸收光譜的基本原理 58
3.2 瞬態(tài)吸收光譜測試系統(tǒng) 60
3.2.1 微秒瞬態(tài)吸收光譜 60
3.2.2 飛秒瞬態(tài)吸收光譜 61
3.3 瞬態(tài)吸收光譜動力學解析 63
3.3.1 動力學時域分布 63
3.3.2 動力學過程分析 64
3.4 瞬態(tài)吸收光譜的主要應用 69
3.4.1 金屬氧化物光生電荷性質(zhì) 69
3.4.2 金屬氧化物光生電荷轉(zhuǎn)移動力學 72
3.4.3 有機高分子材料光生電荷性質(zhì) 74
3.4.4 有機高分子材料光生電荷轉(zhuǎn)移動力學 79
3.5 小結和展望 84
參考文獻 85
第4章 熒光光譜 91
4.1 熒光光譜基本原理 92
4.1.1 穩(wěn)態(tài)熒光光譜的原理 92
4.1.2 時間分辨瞬態(tài)熒光光譜的原理 94
4.2 熒光光譜的測試系統(tǒng) 95
4.2.1 穩(wěn)態(tài)熒光光譜的測試系統(tǒng) 95
4.2.2 瞬態(tài)熒光光譜的測試系統(tǒng) 96
4.3 熒光光譜技術在光催化領域的應用 98
4.3.1 穩(wěn)態(tài)熒光光譜直接反映光生電荷分離 98
4.3.2 穩(wěn)態(tài)熒光光譜間接反映光生電荷分離 99
4.3.3 瞬態(tài)熒光光譜反映光生電荷分離 103
4.4 小結和展望 106
參考文獻 106
第5章 原位輻照X射線光電子能譜 108
5.1 原位輻照XPS技術的基本原理和測試裝置 109
5.1.1 基本原理 109
5.1.2 測試裝置 110
5.2 原位輻照XPS方法的應用 111
5.2.1 揭示單一光催化劑的電荷分離行為 112
5.2.2 揭示常規(guī)異質(zhì)結光催化劑的電荷轉(zhuǎn)移行為 113
5.2.3 揭示Z（S）型異質(zhì)結的電荷轉(zhuǎn)移機制 115
5.3 小結和展望 121
參考文獻 121
第6章 開爾文探針力顯微鏡 124
6.1 基本原理及測試系統(tǒng) 124
6.2 KPFM方法在光催化材料研究中的應用 126
6.2.1 研究單體材料形態(tài)結構和晶面特征對電荷分離的影響 127
6.2.2 研究Z型異質(zhì)結復合體的界面電荷轉(zhuǎn)移 128
6.2.3 研究光生載流子在光電催化體系中的遷移行為 132
6.3 小結和展望 133
參考文獻 134
第7章 光電化學方法 136
7.1 基本原理及測試模式 136
7.1.1 基本原理 136
7.1.2 測試模式 137
7.2 應用實例 138
7.2.1 利用光電流曲線測試分析材料體系的光生電荷轉(zhuǎn)移與分離性質(zhì) 138
7.2.2 利用光電流作用譜對異質(zhì)結體系光生電荷轉(zhuǎn)移機制驗證 144
7.3 小結和展望 149
參考文獻 150
第8章 電子順磁共振波譜 152
8.1 EPR技術的基本原理 152
8.2 EPR技術的研究對象 154
8.3 測試系統(tǒng)及測量方法 155
8.3.1 EPR測試系統(tǒng) 155
8.3.2 自旋捕獲技術 156
8.4 EPR技術在光催化劑電荷分離研究中的應用 157
8.4.1 基于缺陷檢測的光生電荷分離研究 157
8.4.2 基于順磁性離子檢測的光生電荷分離研究 159
8.4.3 基于自由基檢測的光生電荷分離研究 163
8.5 小結和展望 167
參考文獻 168
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