在光催化研究中,半導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。半導體的能帶結(jié)構(gòu)一般由低能價帶和高能導帶構(gòu)成,價帶和導帶之間存在禁帶。當半導體顆粒吸收足夠的光子能量,價帶電子被激發(fā)越過禁帶進入空的導帶,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)稱為半導體材料的本征吸收限。
在半導體材料吸收光譜中,吸光度曲線短波端陡峻地上升標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)半導體材料不同的禁帶寬度可以計算出相應的本征吸收長波限。
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。