知识点 || 肖特基结在光催化中的应用

肖特基结介绍
一种简单的金属与半导体的交界面，它与PN结相似，具有非线性阻抗特性(整流特性)。1938年德国的W.H.肖特基提出理论模型，对此特性作了科学的解释，故后来把这种金属与半导体的交界面称为肖特基结或肖特基势垒。
基本原理
由于金属和半导体逸出功的不同，在二者接触以后费米能级会发生移动，直至二者的费米能级一致，所导致界面电荷分布的差异（带电界面的形成）。
形成的类型及应用
类型：从根据金属逸出功大小以及半导体的类型可分为以下三种。当金属的逸出功大于半导体的费米能级且半导体为n型半导体时，形成图1a所示的结构，这是半导体上的电子在流向金属时受到势垒的影响，抑制其流动。
当半导体为p型半导体且金属的逸出功小于半导体时，金属上的电子会流向半导体，而半导体上的空穴由于势垒的存在，会抑制其流金属，如图1b所示。当金属的逸出功明显小于半导体时，如图1c所示。
应用：在光催化污染物降解或是光催化析氢反应中，图1a所表示的结构通常能够表现出优异的光催化活性。
 图1 从上到下依次为a-c:。例：In situ fabrication of 1D CdS nanorod/2D Ti3C2 MXene nanosheet Schottky heterojunction toward enhanced photocatalytic hydrogen evolution
测试条件：10 mg催化剂+50 mL 含有10%的乳酸溶液，300 W Xe灯大于420 nm光源。注释：CM-X中的X表示加入的Ti₃C₂ Mxene的量。
光催化析氢性能：从图2可以看出，不同Ti₃C₂ Mxene的添加量对光催化析氢反应具有重要的影响，在Ti₃C₂ Mxene的添加量为20 mg时，其光催化析氢速率最佳，可达2407 ummol h^-1 g^-1。
其主要是由于Ti₃C₂ Mxene和CdS接触，所形成的肖特基结如图1a所示，CdS光激发产生的电子转移到Ti₃C₂ Mxene上，由于肖特基结的存在抑制了电子的返回到CdS上与空穴复合，使得该催化剂能够表现出优异的光催化活性。
 图2 （a-b）样品的光催化析氢性能图。
 图3 光催化析氢机理。
参考文献：[1]. 黄昆、谢希德：《半导体物理》，科学出版社，北京， 1958.[2]. Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 6593- -6604 6593.

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