Objectif
Les matériaux photocatalytiques tels que le TiO₂ présentent un grand intérêt, par exemple pour le traitement des eaux usées industrielles et la dissociation de l'eau. L'identification du transfert de charge dirigé est importante pour mieux comprendre le rôle des états de défaut, des bandes de défaut et du dopage, ainsi que pour le contrôle technologique.
Solution
La spectroscopie SPV en modes CC (sonde de Kelvin, mesure de la différence de potentiel de contact, DCPD) et CA (modulée) fournit des informations sur la séparation préférentielle et dirigée des charges [1] et permet d'étudier l'influence du dopage sur la courbure de bande, les pertes par recombinaison et les piégeurs (entités acceptant des électrons ou des trous) en surface.
Exemple d'application
Il a été démontré que le TiO₂ peut être dopé de type n et de type p par traitement thermique en atmosphère réductrice ou oxydante (figure 1, plus d'informations dans [2]). La figure 2 montre la dépendance vis-à-vis de la température de dépôt des transitions de défauts et de la bande interdite dans le TiO₂ après dépôt par pulvérisation à froid de poudre de TiO₂ (pour plus de détails, voir [3]). L'évolution des bandes de défauts dans le TiO₂ causée par l'incorporation d'azote et leur effet sur le transfert de charge a été étudiée dans [4].
Références
[1] Th. Dittrich, S. Fengler, « Surface photovoltage analysis of photoactive materials », World Scientific, 2020.
[2] M. K. Nowotny, et al., « Observation de la semi-conductivité de type p dans le dioxyde de titane à température ambiante », Materials Letters 64 (2010) 928.
[3] I. Hermann-Geppert, et al., « Électrodes à base de TiO₂ déposées par pulvérisation à froid pour l’oxydation photo-induite de l’eau », ECS Transactions 58 (2014) 21.
[4] R. Beranek, et al., « Exploration de la structure électronique des photocatalyseurs àbase de TiO₂ modifiés à l’azote par des études de photocourant et de phototension de surface », Chem. Phys. 339 (2007) 11.
![Fig. 1: 1st (thick) and 2nd (thin) DCPD spectra of reduced (red) and oxidized (blue) TiO2 (rutile). Band gap and defect states marked. Data partially after [2].](/fileadmin/_processed_/a/d/csm_study_monitoring_photocatalytic_materials_1_36ead802fd.png)
Fig. 1: 1st (thick) and 2nd (thin) DCPD spectra of reduced (red) and oxidized (blue) TiO2 (rutile). Band gap and defect states marked. Data partially after [2].
![Fig. 2: Modulated SPV spectra of cold gas sprayed TiO2 for different temperatures. Data partially after [3].](/fileadmin/_processed_/3/2/csm_study_monitoring_photocatalytic_materials_2_8ed0d2adcc.png)
Fig. 2: Modulated SPV spectra of cold gas sprayed TiO2 for different temperatures. Data partially after [3].
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