半导体光催化技术是缓解能源危机和治理环境污染的一种有效方法，但是目前较低的能量转换效率限制了其在工业中的应用。光催化转换效率主要取决于光生载流子的收集效率，即分离并传输到光催化剂表面的光生载流子数量与光生载流子总量的比值。光照条件下，光催化剂中产生的光生载流子会在空间电荷区内建电场的驱动下发生分离和传输。然而，目前大多数光催化材料缺乏足够强的内建电场强度，使得光生载流子产生后难以到达光催化剂表面，直接在光催化剂体内复合。半导体的表面性质是影响空间电荷区内建电场的重要因素。因此，通过改变半导体的表面性质有望增强空间电荷区的内建电场强度，提高光生载流子的收集效率。 在本文中，针对光生载流子收集效率低的问题，基于BiVO4的晶面特性，通过表面处理和构建异质结的方式，有效地提升了BiVO4基光催化剂的光生载流子收集效率。具体研究内容如下： (1)NaOH溶液处理BiVO4(010)晶面用于光生电荷的高效收集 使用NaOH溶液对所制备的具有(010)晶面的BiVO4薄膜进行处理，有效地改善了BiVO4(010)晶面不利于光生空穴的传输和聚集问题。测试结果显示，经过NaOH溶液处理后，BiVO4薄膜具有更高的光生载流子收集效率，使BiVO4薄膜的光电流密度提高了1倍。高分辨开尔文探针原子力显微镜测试结果显示，NaOH溶液处理后(010)晶面的表面光电压提高了接近6倍，具有更高的光生载流子分离效率。本章深入研究了NaOH溶液处理对BiVO4薄膜光生载流子输运行为的影响机理。结果显示，NaOH溶液处理会使BiVO4表面的价带位置和费米能级向真空能级移动。这将增加表面的能带弯曲程度，增强空间电荷区内建电场的强度，为光生载流子的分离提供更强的驱动力。 (2)CdS/(010)-BiVO4异质结用于光生电荷的高效收集 使用水热法合成了具有(010)晶面暴露的BiVO4纳米片，并在BiVO4纳米片上均匀的沉积上CdS纳米颗粒构成复合结构。结果显示，具有(010)晶面暴露的BiVO4纳米片所形成的复合结构具有更好的二氧化碳还原性能。因为BiVO4与CdS接触界面间形成了Z型异质结结构，BiVO4暴露的(010)晶面能促进光生载流子在这种结构中的传输。利用高分辨导电原子力显微镜对表面光生载流子输运行为的深入研究发现，BiVO4的光电子倾向于聚集在(010)面，从而促进了光生电子向CdS的转移。这能促进BiVO4与CdS所构成的复合结构中光生载流子的分离。 本文针对半导体光催化技术中光生电荷收集效率低的问题，基于BiVO4丰富的表面性质，通过NaOH溶液处理增加了BiVO4薄膜表面的能带弯曲，以及基于晶面构建异质结的方式极大的提升了BiVO4基光催化剂的光生载流子收集效率。并且对其内在作用机理进行了一定的研究。
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