TY - JOUR

T1 - Долгоживущие центры фотокатализа, создаваемые в ZnO резонансным возбуждением экситона

AU - Титов, Виктор Владимирович

AU - Лисаченко, Андрей Андреевич

AU - Акопян, Ирина Хачатуровна

AU - Лабзовская, Марьяна Эдуардовна

AU - Новиков, Борис Владимирович

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - ZnO является, наряду с TiO2 основным фотокатализатором для широкого класса окислительно-восстановительных реакций, используемых для преобразования световой энергии в химическую и очистки окружающей среды. Показано, что создание в ZnO поверхностных собственных дефектов --- вакансий в анионной и катионной подрешетках (центры F-типа и V-типа) позволяет создать долгоживущие (до 103 s) центры фотокатализа и таким образом принципиально (в десятки раз) увеличить величину квантового выхода реакций. Медленные поверхностные состояния --- центры фотокатализа --- создаются диффузией электронов и дырок, генерируемых при межзонных переходах в объеме фотоактивированного образца. Однако эффективность переноса резко снижается из-за рекомбинации носителей заряда и потерь при преодолении поверхностного барьера Шоттки. В настоящей работе для снижения указанных потерь при переносе энергии на поверхность использованы нейтральные носители энергии --- экситоны. Высокая (60 meV) энергия связи экситона в ZnO позволяет ему без распада перемещаться при комнатной температуре. Потери энергии экситона на излучение в наших экспериментах эффективно снижены формированием поверхностной 2D-структуры. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность экситонного канала образования поверхностных долгоживущих F- и V-центров фотокатализа в процессах фотоадсорбции и фотодесорбции кислорода, имитирующих полный цикл окислительно-восстановительной фотокаталитической реакции. Ключевые слова: ZnO, экситоны, кислород, фотоадсорбция, фотодесорбция, поверхностные долгоживущие центры, 2D-структура.

AB - ZnO является, наряду с TiO2 основным фотокатализатором для широкого класса окислительно-восстановительных реакций, используемых для преобразования световой энергии в химическую и очистки окружающей среды. Показано, что создание в ZnO поверхностных собственных дефектов --- вакансий в анионной и катионной подрешетках (центры F-типа и V-типа) позволяет создать долгоживущие (до 103 s) центры фотокатализа и таким образом принципиально (в десятки раз) увеличить величину квантового выхода реакций. Медленные поверхностные состояния --- центры фотокатализа --- создаются диффузией электронов и дырок, генерируемых при межзонных переходах в объеме фотоактивированного образца. Однако эффективность переноса резко снижается из-за рекомбинации носителей заряда и потерь при преодолении поверхностного барьера Шоттки. В настоящей работе для снижения указанных потерь при переносе энергии на поверхность использованы нейтральные носители энергии --- экситоны. Высокая (60 meV) энергия связи экситона в ZnO позволяет ему без распада перемещаться при комнатной температуре. Потери энергии экситона на излучение в наших экспериментах эффективно снижены формированием поверхностной 2D-структуры. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность экситонного канала образования поверхностных долгоживущих F- и V-центров фотокатализа в процессах фотоадсорбции и фотодесорбции кислорода, имитирующих полный цикл окислительно-восстановительной фотокаталитической реакции. Ключевые слова: ZnO, экситоны, кислород, фотоадсорбция, фотодесорбция, поверхностные долгоживущие центры, 2D-структура.

UR - https://journals.ioffe.ru/articles/48422

M3 - статья

VL - 61

SP - 2158

EP - 2162

JO - ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

JF - ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

SN - 0367-3294

IS - 11

ER -