近日，美国化学会The Journal of Physical Chemistry Letters报道了我们关于实际光催化反应中半导体内部电荷复合的时间常数评估方法。

普遍认为，在光催化反应中，半导体内部的电荷复合发生在跨度高达12个数量级的ps-s时间尺度。本质上，半导体内部电荷的复合与其浓度呈正相关关系。目前常采用的超快脉冲激光技术，单位时间内的光通量密度比实际光催化反应大5-10个数量级，其所获取的电子过程动力学信息不能映射实际工况，且所得出的内部电荷复合时间常数亦偏小。

我们根据半导体中空穴转移、电子转移与电荷复合的强关联性，提出将光致开路电位监测与电子转移相结合来获取电荷复合时间常数（图1），以此来映射实际工况下的电子过程动力学信息。

此工作是继我们提出多通道开路电位监测获取半导体—金属界面电子转移（Refs. 1-2）、光致空穴转移（Ref. 3）的时间常数后，通过理论预测和实验发现而提出的。

图1. 将光致开路电位监测所获取的空穴转移时间常数（a）与光电化学行为相结合（b），可获取半导体内部电荷复合时间常数（a）。根据Pt/TiO₂、Pd/TiO₂和Rh/TiO₂在该强度（300mW/cm²）光照下的平衡电势，可得到这些催化剂在实际工况下的空穴转移（τ_hex）、半导体内部电荷复合（τ_icr）的时间常数。

全文信息和链接

Tingyun Ge, Jiazang Chen*.
Time Constant Estimation and Alleviation of Interior Charge Recombination for Photocatalytic Reaction Guided by Correlation with Photoelectrochemical Behaviors
The Journal of Physical Chemistry Letters, 2024, 15, 1241-1245.

参考文献

1. Xiang, H.; Wang, Z.; Chen, J. Revealing and facilitating the rate-determining step for efficient sunlight-driven photocatalysis. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 7665-7670.

2. Wei, X.; Gao, S.; Liu, H.; Fang Y.; Chen, J. Three-Channel Electron Transfer for Estimating Time Constants Correlated with Photocatalytic Photon Utilization. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 3721-3726.

3. Ge, T.; Chen, J. Evaluating a Second Time Scale for Hole Extraction in an Actual Photocatalytic Reaction: The Method. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 7477-7482.

课题组网站

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