Electroquímica y Fotoelectroqúimica de Semiconductores
La electroquímica de semiconductores trata electrodos cuyo potencial interfacial y reactividad están regidos por una región de carga espacial dentro del sólido, lo que permite reacciones impulsadas por la luz en celdas fotoelectroquímicas.
Definition
La electroquímica de electrodos semiconductores, en la que una región de carga espacial dentro del sólido controla la transferencia de carga, y donde la iluminación puede generar los portadores de carga que impulsan las reacciones del electrodo.
Scope
Este tema abarca el comportamiento distintivo de los electrodos semiconductores: la capa de carga espacial y el doblamiento de banda, el potencial de banda plana y su determinación mediante el análisis de Mott-Schottky, el papel de las bandas de conducción y valencia en la transferencia de electrones, y la fotoelectroqúimica en la que la luz absorbida genera portadores que impulsan la oxidación o reducción. Incluye aplicaciones para la división solar del agua y las celdas sensibilizadas por colorante.
Core questions
- ¿Cómo difiere un electrodo semiconductor de un metal en su distribución de potencial interfacial?
- ¿Qué son el potencial de banda plana y el doblamiento de banda, y cómo se miden?
- ¿Cómo genera la luz absorbida portadores que impulsan reacciones electroquímicas?
- ¿Cómo convierten las celdas fotoelectroquímicas la luz en energía química o eléctrica?
Key theories
- Capa de carga espacial y doblamiento de banda
- Debido a que un semiconductor tiene pocos portadores móviles, gran parte de la caída de potencial interfacial ocurre dentro del sólido como una región de carga espacial; el doblamiento de banda resultante controla la energética y la dirección de la transferencia de carga, analizada mediante gráficos de Mott-Schottky.
- Generación fotoelectroquímica de portadores
- La luz con energía superior a la banda prohibida crea pares electrón-hueco; el campo de carga espacial los separa para que los portadores minoritarios impulsen reacciones redox interfaciales, la base de la división fotoelectroquímica del agua y las celdas solares.
Clinical relevance
La electroquímica de semiconductores sustenta la producción fotoelectroquímica de combustibles solares, incluyendo la división del agua para obtener hidrógeno, las celdas solares sensibilizadas por colorante y otras, la remediación ambiental fotocatalítica, y el grabado y procesamiento de semiconductores en la fabricación de productos electrónicos.
History
Gerischer desarrolló la teoría de la transferencia de carga en electrodos semiconductores en la década de 1960; la demostración de Fujishima y Honda en 1972 de la división fotoelectroquímica del agua en dióxido de titanio impulsó una intensa investigación sobre combustibles solares y fotoelectroqúimica.
Key figures
- Akira Fujishima
- Kenichi Honda
- Heinz Gerischer
- Rüdiger Memming
Related topics
Seminal works
- fujishima1972
- memming2015
- bard2001
Frequently asked questions
- ¿Por qué los electrodos semiconductores pueden responder a la luz mientras que los electrodos metálicos generalmente no lo hacen?
- La banda prohibida de un semiconductor le permite absorber luz para crear pares electrón-hueco, y su campo de carga espacial interno los separa para impulsar reacciones interfaciales, mientras que los abundantes electrones libres de un metal relajan la energía absorbida como calor sin una separación de carga sostenida.
- ¿Qué es el potencial de banda plana?
- Es el potencial del electrodo en el que no hay doblamiento de banda ni campo de carga espacial en el semiconductor; es una cantidad de referencia clave, comúnmente obtenida a partir de la intersección de un gráfico de Mott-Schottky.