Ziel
Photokatalytische Materialien wie BiVO4 sind beispielsweise für die Wasserspaltung von großem Interesse. Elektronische Defektzustände und Oberflächenpassivierung sind wichtige begrenzende Faktoren. Photokatalytische Materialien können als Pulver, poröse Schichten oder dünne Filme aufgebracht werden, was eine einfache und berührungslose photoelektrische Charakterisierung solcher Materialien nach wie vor zu einer Herausforderung macht.
Lösung
Die SPV-Spektroskopie im Gleichstrom- (Kelvin-Sonde, Messung der Kontaktpotentialdifferenz: DCPD) und Wechselstrommodus (moduliert) ist eine berührungslose und hochempfindliche Methode, mit der sich sehr schwache SPV-Signale im Zusammenhang mit der Ladungstrennung bei der Anregung von Defektzuständen bei Pulver-, porösen und Dünnschichtproben nachweisen lassen [1].
Anwendungsbeispiel
Abbildung 1 zeigt Spektren der modulierten SPV-Amplitude für einen BiVO4-Dünnfilm, eine poröse Schicht und ein Pulver (siehe auch [2]). Der Beginn der Bandlücke von BiVO4 (2,5 eV), die Energieparameter der exponentiellen Ausläufer und die mit Defekten verbundenen Übergänge lassen sich gut messen. Abbildung 2 zeigt DCPD-Spektren von porösen BiVO4-Schichten, die mit V13O15 dotiert sind, mit und ohne einen passivierenden Kobaltphosphat (Co-Pi)-Cokatalysator (siehe auch [3]).
Referenzen
[1] Th. Dittrich, S. Fengler, „Oberflächen-Photospannungsanalyse photoaktiver Materialien“, World Scientific, 2020.
[2] S. Fengler et al., „Charakterisierung von BiVO4-Pulvern und kaltgasspritzten Schichten mittels Oberflächen-Photospannungstechniken“, Catalysis Today 321 (2019) 34.
[3] H. Ren et al., „Manipulation des Ladungstransports durch metallisches V13O16 auf einem photoelektrochemischen Bismutvanadat-Katalysator“, Adv. Mater. (2019) 1807204.
Fig. 1: Viewgraphs and spectra of the modulated SPV amplitudes for a BiVO4 thin film (black), porous layer (red) and powder (blue). Band gap is marked.
Fig. 2: DCPD spectra of porous BiVO4 layers decorated with V13O15 with (red) and without (blue) a cobalt phosphate cocatalyst.
Verknüpfte Branchen und Applikationen: Epitaxieschichten und dünne Filme
