5. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.3.3. Mô hình dải của tế bào quang điện hóa
Sơ đồ dải năng lƣợng của cấu trúc tế bào quang điện hóa gồm quang điện cực bán dẫn và điện cực đối kim loại nhƣ mô tả trong Hình 1.8.
Hình 1. 8. Sơ đồ dải năng lƣợng của hệ điện hóa điện hóa điện cực bán dẫn – kim loại: chƣa tiếp xúc (a), tiếp xúc nhƣng chƣa chiếu sáng (b), tiếp xúc khi chiếu
sáng (c) và tiếp xúc khi chiếu sáng có thế ngoài (d)
Hình 1.8(a) là dải năng lƣợng của hệ trƣớc khi hai điện cực tiếp xúc, cho thấy một sự không cân bằng của các mức Fermi.
Hình 1.8(b) là dải năng lƣợng của hệ khi có tiếp xúc nhƣng chƣa chiếu ánh sáng, thì điện tử sẽ vận chuyển theo nguyên tắc cho đến khi công thoát ở hai điện cực bằng nhau bằng việc vận chuyển từ điện cực bán dẫn có công thoát thấp hơn sang điện cực kim loại có công thoát lớn hơn. Sự vận chuyển điện tích này dẫn tới một sự thay đổi trong thế điện bề mặt EB của chất bán dẫn, kết quả một sự uốn cong dải đã xảy ra. Tuy nhiên, quá trình tách nƣớc vẫn chƣa xảy ra vì mức năng lƣợng của H+
/H2 là nằm trên mức Fermi của cathode.
Hình 1.8(c) khi ánh sáng mang đủ năng lƣợng để bằng hoặc lớn hơn khe năng lƣợng của bán dẫn chiếu vào ta đƣợc hình ảnh dải năng lƣợng của hệ và ta thấy rằng thế bề mặt của điện cực quang bán dẫn giảm xuống, đồng thời mức Fermi cũng tăng lên, nhƣng phản ứng vẫn chƣa xảy ra.
Hình 1.8(d) là dải năng lƣợng của hệ khi cung cấp cho hệ một thế ngoài thì mức Fermi của cathode nằm trên mức năng lƣợng H+
/H2 thì phản ứng tách nƣớc bắt đầu xảy ra. Trong mô hình dải, để cho phản ứng xảy ra thì việc cung cấp thế ngoài là cần thiết, nhƣng đối với một vài ôxít bán dẫn có thế dải phẳng nằm trên mức năng lƣợng của H+
/H2 thì không cần cung cấp thế ngoài phản ứng vẫn xảy ra chẳng hạn nhƣ ZnO.