半导体电化学与光电化学
半导体电化学研究电极，其界面电位降和反应性受固体内部空间电荷区控制，从而在光电化学电池中实现光驱动反应。
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Definition
半导体电极的电化学，其中固体内部的空间电荷区控制电荷转移，并且光照可以产生驱动电极反应的电荷载流子。
Scope
本主题涵盖半导体电极的独特行为：空间电荷层和能带弯曲、平带电位及其通过莫特-肖特基分析的测定、导带和价带在电子转移中的作用，以及光电化学（其中吸收的光产生载流子以驱动氧化或还原）。它包括太阳能水分解和染料敏化电池的应用。
Core questions
- 半导体电极在界面电位分布上与金属有何不同？
- 平带电位和能带弯曲是什么？如何测量它们？
- 吸收的光如何产生驱动电化学反应的载流子？
- 光电化学电池如何将光能转化为化学能或电能？
Key theories
- 空间电荷层和能带弯曲
- 由于半导体具有较少的移动载流子，大部分界面电位降发生在固体内部形成空间电荷区；由此产生的能带弯曲控制着电荷转移的能量学和方向，通过莫特-肖特基图进行分析。
- 光电化学载流子产生
- 能量高于带隙的光产生电子-空穴对；空间电荷场将它们分离，使少数载流子驱动界面氧化还原反应，这是光电化学水分解和太阳能电池的基础。
Clinical relevance
半导体电化学是光电化学太阳能燃料生产的基础，包括用于制氢的水分解、染料敏化电池和其他太阳能电池、光催化环境修复以及电子制造中的半导体蚀刻和加工。
History
格里舍（Gerischer）在20世纪60年代发展了半导体电极电荷转移理论；藤岛昭（Fujishima）和本多健一（Honda）于1972年演示了二氧化钛上的光电化学水分解，从而启动了对太阳能燃料和光电化学的深入研究。
Key figures
- Akira Fujishima
- Kenichi Honda
- Heinz Gerischer
- Rüdiger Memming
Related topics
Seminal works
- fujishima1972
- memming2015
- bard2001
Frequently asked questions
- 为什么半导体电极通常能响应光而金属电极不能？
- 半导体的带隙使其能够吸收光以产生电子-空穴对，其内部空间电荷场将它们分离以驱动界面反应，而金属中丰富的自由电子将吸收的能量以热的形式释放，而没有持续的电荷分离。
- 什么是平带电位？
- 它是半导体中没有能带弯曲和空间电荷场的电极电位；它是一个关键的参考量，通常通过莫特-肖特基图的截距获得。