在光催化研究中,半導(dǎo)體光催化材料高效寬譜的光吸收性能是保證光催化活性的一個必要而非充分的條件,因此對于光催化材料吸收光譜的表征是必不可少的。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)一般由低能價帶和高能導(dǎo)帶構(gòu)成,價帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶。當(dāng)半導(dǎo)體顆粒吸收足夠的光子能量,價帶電子被激發(fā)越過禁帶進(jìn)入空的導(dǎo)帶,而在價帶中留下一個空穴,形成電子-空穴對。這種由于電子在帶間的躍遷所形成的吸收過程稱為半導(dǎo)體的本征吸收。要發(fā)生本征吸收,光子能量必須等于或大于禁帶的寬度Eg,即
(12.1)
其中,hν0是能夠引起本征吸收的最低限度光子能量,即當(dāng)頻率低于ν0,或波長大于λ0時,不可能產(chǎn)生本征吸收,吸收系數(shù)迅速下降。這種吸收系數(shù)顯著下降的特征波長λ0(或特征頻率ν0)稱為半導(dǎo)體材料的本征吸收限。
在半導(dǎo)體材料吸收光譜中,吸光度曲線短波端陡峻地上升標(biāo)志著材料本征吸收的開始,本征波長與禁帶Eg關(guān)系可以用下式表示出來:
(12.2)
因此,根據(jù)半導(dǎo)體材料不同的禁帶寬度可以計算出相應(yīng)的本征吸收長波限。
由于固體樣品存在大量的散射,所以不能直接測定樣品的吸收,通常使用固體紫外-可見漫反射光譜測得漫反射譜(UV-Vis Diffuse Reflectance Spectra, DRS),并轉(zhuǎn)化為吸收光譜。利用紫外-可見漫反射光譜法可以方便的獲得半導(dǎo)體光催化劑的帶邊位置,所以是光催化材料研究中的基本表征方法。