布鲁克文章推荐 第2期
Bruker Journal Club
文：布鲁克纳米表面仪器部门 孙童博士
中国科学院大连化学物理研究所李灿院士和范峰滔研究员团队利用原子力显微镜(AFM)技术在单颗粒催化剂的电荷分离表征方面取得了重要进展，相关研究成果发表于能源领域旗舰期刊Nature Energy杂志上（Nature Energy, 2018. doi:10.1038/s41560-018-0194-0）。
理解光生电荷的分离和迁移过程是设计高效光催化剂的关键。在本工作中，该研究团队利用AFM开尔文探针和空间分辨的表面光电压谱结合的技术，直观地表征了不对称光照条件下单个Cu2O粒子的电荷分离情况：空穴传输到辐照区，电子传输到阴影区。
研究结果区分了两种电荷分离机制：
（1）Drifted-漂移电荷分离机制：由Cu2O的晶面内建电场产生，在光照和阴影面呈现对称分布，仅有利于光生少子迁移至表面，其表面光电压为10mV；
（2）Diffused-扩散电荷分离机制：电子和空穴的载流子迁移率差别产生的电荷分离过程，Cu2O向光面和背阴面光电压差40mV。
定量数据表明，相比于内建电场电荷分离，电子和空穴的迁移性差别产生扩散控制的电荷分离对不同晶面的电荷分离贡献更大。基于此研究结果，将还原型和氧化型助催化剂分别沉积于Cu2O单晶粒子的不同晶面，其光催化效率可以提高300%。该研究不仅揭示了单个光催化粒子在向阳背阴的条件下产生的新的光生电荷分离机制，并且为不对称的助催化剂的组装，以及空间可控的氧化还原反应提供了新的策略。
该工作中催化剂表面电势的测量是通过Bruker公司的Dimension Icon原子力显微镜实现的。利用AM-KPFM测量方法得到催化剂表面的接触电势差从而直观地得到光生电荷分离情况。本技术为理解光催化剂的电荷分离提供了有效证据，也为设计新的高效催化剂提供了新思路。
本文相关链接：
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-018-0194-0
Bruker Dimension Icon原子力显微镜介绍：https://www.bruker.com/products/surface-and-dimensional-analysis/atomic-force-microscopes/dimension-icon/overview.html
Bruker KPFM技术介绍：https://www.bruker.cn/fileadmin/user_upload/8-PDF-Docs/SurfaceAnalysis/AFM/ApplicationNotes/AN140-RevA1-PeakForce_KPFM-AppNote.pdf
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