ФЕМТОСЕКУНДНАЯ РЕЛАКСАЦИОННАЯ ДИНАМИКА ФОТОВОЗБУЖДЕННЫХ НАНОКРИСТАЛЛИТОВ TiO 2 В ВОДНЫХ СУСПЕНЗИЯХ Собенников А.С.*, Надточенко В.А.**, Лозовик Ю.Е.***, Саркисов О.М.* *ИХФ РАН, г. Москва **ИПХФ РАН, г. Черноголовка ***ИСАН, г. Троицк
Чем вызван интерес к TiO 2 ?
Фотохимическая активность TiO 2 1.В 1972 г. Fujishima и Honda открывают фотокаталитическое расщепление воды на TiO 2 электродах. 2. В 1991 г. Grätzel демонстрирует высокоэффективный солнечный элемент на основе пористого TiO 2 Диоксид титана обладает интересными Фотокаталитическими свойствами
e-e- h+h+ VB CB h e h vb + + >Ti IV OH {Ti IV OH } + e cb - + >Ti IV OH {Ti III OH} e cb - + >Ti IV >Ti III e cb - + {Ti IV OH } + Ti IV OH Захват носителей на поверхности A A - D D + Процессы инициируемые фотовозбуждением
Поверхностные дефекты
Постановка задачи - Определить характерные времена захвата носителей заряда в поверхностные ловушки. - Изучить влияние поверхностных условий на динамику релаксации фотовозбужденных нанокристаллитов.
Экспериментальная установка Линия задержки Генерация 2 й гармоники Генерация суперконтинуума Реакционная ячейка Система регистрации
e-e- h+h+ VB CB h e h vb + + >Ti IV OH {Ti IV OH } + e cb - + >Ti IV OH {Ti III OH} e cb - + >Ti IV >Ti III e cb - + {Ti IV OH } + Ti IV OH Захват носителей на поверхности A A - D D + Процессы инициируемые фотовозбуждением
TiO 2 Эксперимент Импульс накачки: λ = 308 нм τ = 70 фс Импульс зондирования: 380нм < λ
Характерные кинетики релаксации в разных спектральных интервалах 700 фс 500 фс Кинетики релаксации при малых временах задержки
Динамика фотоиндуцированных спектров Затянутый вид кинетик релаксации
Описание кинетик в широком временном окне при помощи затянутой экспоненты
Механизм возникновения затянутой экпоненты
Зависимость от длины волны A
VB CB Делокализованные состояния Локализованные состояния Каждое локализованное характеризуется своим окружением Разные времена релаксации Появление растянутой экспоненты - зависит только от наночастицы
Выводы - Времена дрейфа фотовозбужденных носителей к поверхности с последующим захватом в ловушки меньше 1 пс. 1 пс - Кинетики релаксации хорошо описываются в рамках затянутой экспоненты. - Уменьшение pH суспензии приводит к уменьшению времени жизни носителей в ловушках - Параметр является структурным, т.е. определяется дисперсией уровней дефектов в образцах и не зависит от внешних условий