具体测试对象:
无机半导体粉末光催化剂(TiO₂、WO₃、BiVO₄等)
半导体光催化薄膜电极、金属/半导体肖特基结
掺杂及固溶体光电极(N掺杂TiO₂、Mo掺杂BiVO₄等)等
原理:在暗态条件下,对浸入电解液的光电极施加直流偏压进行阶梯扫描,同时在每个偏压台阶上叠加小幅高频交流扰动信号,测量电极/电解液界面的空间电荷层微分电容。根据Mott-Schottky方程,电容平方倒数对偏压的线性区斜率与截距分别与载流子浓度和平带电位相关。
作用:测定半导体光电极的平带电位、多数载流子浓度及导电类型。平带电位是确定半导体能带相对电解质氧化还原电势位置的关键参数,用于评估光催化反应的热力学可行性;载流子浓度反映掺杂效率与缺陷密度,为光电极制备工艺优化提供定量依据;Mott-Schottky曲线的线性范围可间接反映空间电荷层厚度及耗尽特性。
光催化剂须沉积于导电衬底上制成致密平整的薄膜电极,膜层与衬底间的欧姆接触须稳定可靠。薄膜厚度须大于空间电荷层厚度,避免衬底-电解液界面的寄生电容串扰。电极面积须精确已知,用于面积归一化电容计算。膜层孔隙率须较低,高孔隙率结构导致电解液渗入膜内,形成分布电容网络,偏离平板电容模型假设。电解液须经惰性气体充分除氧,并选择不与电极发生腐蚀或光腐蚀的组成。
3.1频率依赖性偏差
Mott-Schottky曲线斜率在非理想界面条件下随测量频率变化,若频率选择不当,深能级陷阱充放电或表面态电容响应贡献混入,所提取的载流子浓度偏离真实值。须在多个频率下测量并取频率稳定区间的数据。
3.2表面态电容干扰
半导体表面存在高密度表面态时,表面态充放电电容与空间电荷层电容并联,Mott-Schottky曲线出现非线性段或斜率变化,掩盖平带电位附近信息,须在暗态及不同频率下综合分析。

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