一种界面光电子转移及材料光催化活性的测定方法及四维显微成像分析仪与流程

文档序号:12590796阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于测定界面光电子转移及材料光催化活性的四维显微成像分析仪,其特征在于,包括顺次排列的样品靶、激光器、狭缝、提取极、六级杆、四级杆、飞行时间质量分析器和检测器,还包括给样品靶、狭缝、提取极和六级杆提供电压的装置,所述激光器用于向样品靶发射脉冲激光,所述样品靶~六级杆之间存在静电场,所述飞行时间质量分析器用于测定离子质荷比,所述检测器用于检测离子信号强度、进而通过图像重构获得光催化活性位点的显微成像。

2.根据权利要求1所述的用于测定界面光电子转移及材料光催化活性的四维显微成像分析仪,其特征在于:所述样品靶和激光器处于样品仓内,样品仓为大气压条件;所述狭缝、提取极、六级杆、四级杆、飞行时间质量分析器和检测器处于真空系统中。

3.根据权利要求1所述的用于测定界面光电子转移及材料光催化活性的四维显微成像分析仪,其特征在于,在样品靶和狭缝之间设置静电电子透镜,用于离子的聚焦和传输,所述静电电子透镜处于样品仓内,样品仓为大气压条件。

4.根据权利要求1所述的用于测定界面光电子转移及材料光催化活性的四维显微成像分析仪,其特征在于,所述四维显微成像分析仪还包括控制系统,用于控制脉冲激光和静电场的同步或延时。

5.利用权利要求1~4任一所述的四维显微成像分析仪测定界面光电子转移及材料光催化活性的方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)设定激光参数:根据半导体材料的性质和能隙大小,选择相应地激光波长,使材料能隙小于激光光子能量;

(2)设定静电场参数:根据半导体材料和电子受体分子的性质设定静电场,样品靶和狭缝之间的电压差能使半导体材料表面产生的光生电子获得足够的能量发生隧穿,而电子受体分子俘获光电子后产生的离子在狭缝-六级杆之间的静电场中聚焦和传输;

(3)配制待测半导体材料悬浮液;或将不同晶面的半导体材料粘贴于导电的金属铝带或铜带上制备得到具有多种晶面暴露的半导体材料;

(4)清洗样品靶,吸取待测半导体材料悬浮液滴于样品靶表面,自然晾干,然后在半导体材料表面滴加电子受体分子溶液,自然晾干;或者用电子受体分子溶液浸泡覆盖具有多种晶面暴露的半导体材料,自然晾干后,将吸附了电子受体分子的具有多种晶面暴露的半导体材料固定于样品靶上,待测晶面朝上;

(5)将样品靶放入样品仓,打开激光器向样品靶发射脉冲激光,调节静电场,使半导体材料产生界面转移光生电子,电子受体分子俘获界面转移光生电子后获得正离子和/或负离子;

(6)当处于负离子检测模式下,步骤(5)中所得负离子在静电场中向高电位方向运动,穿过狭缝、经提取板、六级杆和四级杆聚焦,最后由飞行时间质量分析器测定离子质荷比,由检测器检测离子信号强度、并通过图像重构获得光催化活性位点的显微成像;当处于正离子检测模式下,步骤(5)中所有得正离子在静电场中向低电位方向运动,穿过狭缝、经提取板、六级杆和四级杆聚焦,最后由飞行时间质量分析器测定离子质荷比,由检测器检测离子信号强度、并通过图像重构获得光催化活性位点的显微成像。

6.根据权利要求5所述的测定界面光电子转移及材料光催化活性的方法,其特征在于,所述电子受体分子俘获界面转移光生电子包括结合型电子俘获、离解型电子俘获和电子脱离。

7.根据权利要求6所述的测定界面光电子转移及材料光催化活性的方法,其特征在于,所述结合型电子俘获为电子受体分子俘获光生电子后形成负离子;所述离解型电子俘获为电子受体分子俘获光生电子后引发特异性化学键断裂获得碎片负离子,所述电子脱离为高速运动的光生电子与电子受体分子相互作用后发生电子脱离而获得正离子。

8.根据权利要求5所述的测定界面光电子转移及材料光催化活性的方法,其特征在于,所述半导体材料选自SiO2、BiOCl、Ce2O3、ZnO、BN、AlN、TiO2和Ga2O3中的一种。

9.根据权利要求5所述的测定界面光电子转移及材料光催化活性的方法,其特征在于,所述电子受体分子选自5-羟基-1,4-萘醌、4,4’-DDT或脂肪酸。

10.根据权利要求5所述的用于测定界面光电子转移及材料光催化活性的方法,其特征在于,所述激光器的波长、光斑大小、脉冲频率、脉冲宽度、激光入射角度均可调谐,脉冲激光可与静电场同步或延时。

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