Elektrokimia Semikonduktor dan Fotoelektrokimia

Elektrokimia semikonduktor membahas elektroda yang penurunan potensial antarmuka dan reaktivitasnya diatur oleh daerah muatan ruang di dalam padatan, memungkinkan reaksi yang digerakkan oleh cahaya dalam sel fotoelektrokimia.

Definition

Elektrokimia elektroda semikonduktor, di mana daerah muatan ruang di dalam padatan mengontrol transfer muatan, dan di mana iluminasi dapat menghasilkan pembawa muatan yang menggerakkan reaksi elektroda.

Scope

Topik ini mencakup perilaku khas elektroda semikonduktor: lapisan muatan ruang dan pembengkokan pita, potensial pita datar dan penentuannya melalui analisis Mott–Schottky, peran pita konduksi dan valensi dalam transfer elektron, serta fotoelektrokimia di mana cahaya yang diserap menghasilkan pembawa muatan yang menggerakkan oksidasi atau reduksi. Ini mencakup aplikasi pada pemisahan air surya dan sel peka pewarna.

Core questions

• Bagaimana elektroda semikonduktor berbeda dari logam dalam distribusi potensial antarmukanya?
• Apa itu potensial pita datar dan pembengkokan pita, dan bagaimana cara mengukurnya?
• Bagaimana cahaya yang diserap menghasilkan pembawa muatan yang menggerakkan reaksi elektrokimia?
• Bagaimana sel fotoelektrokimia mengubah cahaya menjadi energi kimia atau listrik?

Key theories

Lapisan muatan ruang dan pembengkokan pita

Karena semikonduktor memiliki sedikit pembawa muatan bergerak, sebagian besar penurunan potensial antarmuka terjadi di dalam padatan sebagai daerah muatan ruang; pembengkokan pita yang dihasilkan mengontrol energetika dan arah transfer muatan, dianalisis melalui plot Mott–Schottky.

Pembentukan pembawa muatan fotoelektrokimia

Cahaya dengan energi di atas celah pita menciptakan pasangan elektron–lubang; medan muatan ruang memisahkannya sehingga pembawa muatan minoritas menggerakkan reaksi redoks antarmuka, dasar dari pemisahan air fotoelektrokimia dan sel surya.

Clinical relevance

Elektrokimia semikonduktor mendasari produksi bahan bakar surya fotoelektrokimia, termasuk pemisahan air untuk hidrogen, sel peka pewarna dan sel surya lainnya, remediasi lingkungan fotokatalitik, serta etsa dan pemrosesan semikonduktor dalam manufaktur elektronik.

History

Gerischer mengembangkan teori transfer muatan pada elektroda semikonduktor pada tahun 1960-an; demonstrasi Fujishima dan Honda pada tahun 1972 tentang pemisahan air fotoelektrokimia pada titanium dioksida meluncurkan penelitian intensif tentang bahan bakar surya dan fotoelektrokimia.

Key figures

• Akira Fujishima
• Kenichi Honda
• Heinz Gerischer
• Rüdiger Memming

Seminal works

• fujishima1972
• memming2015
• bard2001

Frequently asked questions

Mengapa elektroda semikonduktor dapat merespons cahaya sedangkan elektroda logam umumnya tidak?

Celah pita semikonduktor memungkinkannya menyerap cahaya untuk menciptakan pasangan elektron–lubang, dan medan muatan ruang internalnya memisahkannya untuk menggerakkan reaksi antarmuka, sedangkan elektron bebas yang melimpah pada logam melepaskan energi yang diserap sebagai panas tanpa pemisahan muatan yang berkelanjutan.

Apa itu potensial pita datar?

Ini adalah potensial elektroda di mana tidak ada pembengkokan pita dan tidak ada medan muatan ruang dalam semikonduktor; ini adalah kuantitas referensi kunci, yang umumnya diperoleh dari intersep plot Mott–Schottky.