在光催化研究中,半導體光催化材料高效寬譜的光吸收性能是保(bǎo)證光催化活性的一個必要而非(fēi)充分的(de)條件,因此(cǐ)對於光催化材料吸收光譜的表征是必不可少的。半導體的能帶結構一般由低能價(jià)帶(dài)和高能導帶構成(chéng),價帶和導帶之間存在禁帶。當半導體(tǐ)顆(kē)粒吸收足(zú)夠的光(guāng)子能量,價帶電子被激發越過禁帶進入(rù)空的導帶,而在價(jià)帶中留下一個空穴(xué),形成電子-空穴對。這種由於電子在帶間的躍遷所形成的吸收過程(chéng)稱(chēng)為半導體的本征吸收。要(yào)發生本征吸收,光子能量必須等於或大於禁帶的寬度Eg,即
(12.1)
其中,hν0是能夠引起本征吸收的最低(dī)限度光子(zǐ)能量,即當頻率低於(yú)ν0,或波(bō)長大於λ0時,不(bú)可能產生本征(zhēng)吸收(shōu),吸收係數迅(xùn)速下降。這種吸收係數顯著(zhe)下降的特征波長λ0(或特征頻(pín)率ν0)稱為半導體材料的本征吸收限。
在半導體(tǐ)材料吸收(shōu)光譜中,吸光度曲線短波端陡峻地上升標誌著材料本征吸收的開始,本征波長與禁帶Eg關係可以用下(xià)式表示出來:
(12.2)
因此,根據半(bàn)導體材料不同的禁(jìn)帶寬度可以計算出相應的本征吸收長波限。
由於(yú)固體樣(yàng)品存在大量(liàng)的散射,所以不能直接測定樣品的吸收,通常使用固體紫外-可見(jiàn)漫反射光譜測(cè)得漫反射譜(UV-Vis Diffuse Reflectance Spectra, DRS),並轉化為吸收光譜。利(lì)用紫外-可見漫反(fǎn)射光譜法可以方便的獲得半導體光催化劑的帶(dài)邊位置,所以是光催化材料研究中的基本表征方(fāng)法(fǎ)。