一维半导体纳米材料的制备及应用.docx
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一维半导体纳米材料的制备及应用
一维半导体纳米材料的制备及应用
近几十年来人们对于地球上最普遍的金属氧化物氧化铁,尤其是赤铁矿即a-Fe2O3颇有研究。
特别是它在相对的结合窄带和相关可见光吸收,天然丰富度、低成本、和有害化学条件下的稳定等方面的特征使得它适合许多潜在的应用。
纳米结构的赤铁矿为克服的一些限制提供了可能性,从而达到控制其结构光学和电学性能。
在本文中,我们概述近期的进展合成和表征纳米赤铁矿,强调电荷载体动力学和光电化学性质。
还讨论了当前的挑战和未来的机会。
第一章.介绍
人口的快速增长导致了人们对能源的需求不断增长。
多年来,我们满足于能源需求利用两个主要来源:
天然气和原油。
然而,这不是长久之计。
因此,重中之重是寻求可再生能源和可持续能源。
世界上存在很多种类的可持续能源,包括太阳能、风能、水力发电和地热能。
因为大量的能源存在，使太阳能的高效转换尤为重要。
每年到达地球表面的太阳能量约125000TW。
其中能成功的被利用仅仅0.04%的太阳能为全球生产50TW的能量，就足以覆盖全球能源需求
太阳能可以转化成电能或提供化学能储存在燃料氢气。
与化石燃料相比,氢代表一个潜在的高效率环保燃料。
1-4由于其低密度
氢的能量密度高于其他燃料来源,比如汽油。
事实上,单位重量的氢生产的能量大约是甲烷的四倍。
此外,氢燃料电池发电的原理是氢作为化学燃料与氧气反应，该反应的产物是水。
因此,企业寻找生产氢的有效方法是非常可取的。
光电化学（PEC）分裂水代表一个有前途且环保的太阳能生产氢的方法,已经被研究了几十年。
更多的重要的是,水不会分裂是一个干净的反应不会生产不受欢迎的含碳副产品。
水分解热力学是一个吸热过程,是由
最小的潜力需要1.23V的反应继续下去。
在这方面,一个PEC的细胞至少由一个半导体光电极组成,而PEC在直接利用太阳能能量使水分裂的过程中是必要的。
PEC的一个关键挑战是水分割识别的一个合适的光电阳极满足一些关键标准,包括有利的禁带能量,带边沿位置,化学稳定性、原材料和制造成本。
由于人们对更清洁和更环保的能源的需求日益增长,氢由于其低密度,高能量密度,燃烧产物无污染已成为最优替代清洁燃料，从而减少当前我们对化石燃料的依赖。
光电化学分解水是一种很有前途的太阳能生产氢的能源转换的方法，用以实现可持续。
光电化学有关水分裂一个关键的挑战是识别和确定合适的光电极材料,从而容易促进氢一代从水中分离。
由此,纳米赤铁矿（a-Fe2O3）其本身含量丰富、成本低、化学稳定性和良好的禁带能量的优势显现出来。
本文概述了基础光电化学分解水的过程中,赤铁矿的形态,它的光学特性,电荷载子动力学及其光电化学性质。
金属氧化物半导体光电极材料的利用率是通过Fujishima和本田在1972的工作中证实的.5之后，很多人开始了研究,利用WO3,6-10ZnO,11-13和TiO214-20金属氧化物制造PEC。
此外,纳米材料的合成和纳米器件快速发展在制造领域开辟了新的机遇。
基础纳米材料的使用光电极水分解可以追溯到使用纳米二氧化钛膜敏化钌的复合物的Fitzmaurice等人。
21纳米材料包括零维（OD）和一维（1D）纳米结构（如纳米颗粒、纳米线和纳米管）和独特的结构形态和大小属性提供的潜力在几个不同方面的优势。
首先,纳米结构提供一个大型半导体-电解液界面中可以发生氧化还原反应,这可能促进电荷分离。
第二,纳米结构提供一个简短的少数载流子的扩散长度,与平面结构相比较。
第三,量子尺寸控制在纳米材料可能使用的操纵半导体的能带能量与散装材料作比较。
在许多金属氧化物半导体研究了使用PEC阳极,赤铁矿（a-Fe2O3）由于其丰富,成本低,良好的化学稳定性,有利的能带的能量1.9-2.2eV受到相当大的关注。
然而,赤铁矿有一个非常短的激发态终身第
22-24和一个小洞扩散长度
25,大大限制了作为一个PEC阳极其电荷收集和分离效率。
此外,导带赤铁矿进化的潜力是低于H2,因此PEC需要外部偏置装置使氢在阴极生成。
在理论价值上这些赤铁矿内在物质导致其局限性比太阳能生产氢（STH）的效率更低。
因此，在概念和设备的水平上利用赤铁矿材料高效、成本效益和可持续的PEC水分裂仍是重大挑战。
已经开发出的各种策略中,用以克服上述赤铁矿光电阳极的局限性,其中有前途的方法是利用纳米材料和来操纵他们的结构,电子和光学性质。
在本文中,将最近合成和表征在纳米和元素掺杂赤铁矿中的进展作为关注的焦点,以及PEC光电阳极在他们强调的特定电荷载体动力学和光电化学性质的实现。
第二章.合成
在过去的几年里,纳米赤铁矿光电阳极高感光性的研究取得了巨大的发展。
在这里提一下最近对纳米赤铁矿材料合成方法的简要概述。
这部分是为了提供一个良好关于赤铁矿纳米结构合成方法最近进展的概述,并不是要完全的描述。
2.1解决方案相合成方法
制造纳米结构基础的解决方案是一个简单且可伸缩的方法。
a-Fe2O3不同的形态如纳米颗粒，26纳米线,27-29纳米管,30-34球形空洞,35-38纳米花,39-41是通过如热液,27,45,46溶剂热40，47，48和溶胶凝胶49-51这类基础的解决方案方法42-44合成出来的。
例如,Zhong等人利用溶剂热方法合成3D花状赤铁矿纳米结构,如图1所示,通过使用一个乙烯乙二醇媒介自组装过程。
40Vayssieres等人合成出多孔a-Fe2O3纳米棒阵列（图1b）氟掺杂氧化锡（FTO）通过热液导电玻璃方法。
28这些方法证明可以通过使用不同的溶剂控制a-Fe2O3形态。
溶胶-凝胶法是另一种简单而经济的制造赤铁矿纳米结构方法。
50,51Woo等人报道了合成a-Fe2O3纳米棒和一个非常小的规模7-24nm50溶胶-凝胶法包括溶胶-凝胶反应反过来在回流结晶之后形成胶束。
图1
2.2气相沉积方法
气相沉积合成包括物理蒸汽蒸发,化学气相沉积、原子层沉积和反应溅射。
气相沉积方法已经广泛应用于各种纳米结构和薄膜的合成,包括赤铁矿等。
52-56a-Fe2O3有不同纳米树突状形态如纳米线、纳米棒阵列结构和薄膜,通过使用气相沉积。
54,55,57-62例如,Woo等人最近报道了使用金属有机化学气相沉积衬底（MOCVD）合成的垂直对齐a-Fe2O3硅纳米棒阵列。
57用上述方法合成的a-Fe2O3纳米棒是单晶。
此外,Cesar等人使用常压化学气相沉积（APCVD）59合成垂直地面向树突掺杂硅a-Fe2O3纳米结构（图2）。
图2
用上述方法合成的树突a-Fe2O3纳米结构表面积大,并且a-Fe2O3和生长基质之间的联系良好,对电荷载体的转移至关重要。
此外,原子层沉积是一种制作可调超薄高质量晶体薄膜的独特方法。
Lin等人用ALD在TiSi2毫微结网上沉积一个高质量的超薄a-Fe2O3。
55（图3）膜厚度相当于少数载流子的扩散长度。
TiSi2毫微结网是用作a-Fe2O3薄膜的沉积和开展网络促进电荷传输的模板。
图3
反应溅射薄是另一种制作薄膜材料的常用方法。
Hahn等人用活性弹道沉积的方法制造a-Fe2O3薄膜。
薄膜形貌可以由沉积角度利用弹道阴影调整。
63国际资本法也可以用来结合模板制造纳米结构。
例如,赤铁矿纳米管阵列被上述赤铁矿在ZnO纳米线阵列或阳极氧化铝（AAO）模板沉积方法,然后除去ZnO和AAO.64
虽然可以用气相沉积方法制作高质量纳米赤铁矿的膜,但是每个技术都有自己的缺点。
例如,铁矿石用MOCVD和APCVD方法通常都易燃而且有剧毒剧毒。
而超薄ALD能够制作单晶赤铁矿薄膜,它比基础的解决方案制造成本更高。
2.3热氧化和热裂解
热氧化和热裂解很重要的合成纳米a-Fe2O3的方法。
热氧化金属铁是最直接获得a-Fe2O365-73的方法.通过控制氧化参数,可以合成不同形态的a-Fe2O3,包括纳米颗粒、纳米线、纳米片。
65,72例如,Rao和Zheng使用火焰合成技术制作密集a-Fe2O3保持一致六角形纳米片数组。
65a-Fe2O3的形态通过改变各种合成参数来决定最终的结果宽度和长度从而操纵六角形纳米片形态,如改变火的温度和气压。
此外,赤铁矿薄膜可以由热裂解合成。
喷雾热解法是最常见沉积薄膜的方法之一。
通过喷涂铁矿石加热基片,74铁前体中FeCl3或乙酰丙酮铁等分解热处理，在空气中形成赤铁矿。
Duret和Gratzel进一步扩展这种方法合成纳米a-Fe2O3薄膜通过使用超声喷雾热解法比常规喷雾热解法技术合成的薄膜感光性高。
71Wang等人用低温沉积过程合成a-Fe2O3薄膜到FTO玻璃,如图4a.75粒子大小和薄膜的厚度可以通过调节这一过程中前体浓度来控制沉积周期数字。
为了合成不同的形态的a-Fe2O3,如使用气相沉积和基本解决方案合成纳米线和纳米结构纳米棒阵列，热裂解法主要用于纳米粒子薄膜的生长
图4
2.4电化学方法
电化学方法通过电化学沉积和电化学阳极处理被广泛地用于制造纳米结构。
一个典型的例子就是电化学沉积的纳米棒阵列到阳极氧化铝（AAO）模板。
氧化铝模板及垂直对齐1D结构的氧化铝模板后使用酸性或基本解决方案可以很容易地除去。
Mao等人最近利用电化学沉积法在氧化铝模板沉积铁，随后使用氢氧化钠溶液除去了氧化铝模板,然后热氧化法将铁纳米棒阵列转换成Fe2O3.76,77
不使用的氧化铝模板电化学沉积被用于形成赤铁矿纳米薄膜.78-81此外,可以使用电化学阳极处理法合成赤铁矿纳米管阵列。
82-84a-Fe2O3纳米管阵列是由乙烯包含NH4F乙二醇电解质溶液和去离子水在30-60V的电压下通过阳极处理铁箔得到的。
84图5显示了电化学阳极处理84合成出来a-Fe2O3纳米管阵列。
阳极处理技术也被用于生产纳米多孔Ti-Fe-O薄片.83通过电化学方法尽管可以合成各种各样Ti-Fe合金材料，但是最重要的还是赤铁矿纳米结构,它们通常是多晶材料。
图5
第三章结构和形态属性
由于粒径小,纳米铁氧化物通常通过TEM和SEM的调查。
扫描电镜提供一个三维图像和信息形态和纳米地理形态数据,TEM提供二维图像和应用非常小的晶体。
高分辨率TEM（HRTEM）提供额外的结构信息和用于跟踪阶段转换。
85,86
a-和g-Fe2O3的关系用EM表明火焰喷涂从球面高温热解-合成粒子（7nm微粒）边缘不规则粒子（10nm）并且最终合成六角形,八角形的粒子形状（13-53nm）.87对于更小的微粒,缺乏明确的晶体边缘最直接结果是表面能量最小化。
然而,随着粒子尺寸的增加,晶格面可以适当的增长,假设最小表面能量可以增长晶格面的动力。
选定区电子衍射（SAED）模式支持更清晰和越来越多的衍射图样环随着粒子的大小显示出来。
最后,EM表明,直径至少53nm的粒子,在单晶体位置缺陷的增加的情况下使得晶体的生长方向突然改变从而形成双晶。
AFM也能带来Fe2O3有趣的结构信息。
随着血小板的增长,例如,小轴的比例原子力显微镜操作下,AFM可以证实薄（4.5nm）结构有许多（57nm）直径血小板组成。
更重要的是,（2-8nm）均匀的厚度表明一个二维火焰喷涂热解粒子的优先增长。
EM和AFM图像如图6所示
图6
高分辨率分析a-Fe2O3纳米线在另一个研究89有了两个有趣的发现。
首先,高温烧结对纳米线的粗糙度产生了前所未有的影响。
纳米线,在烧结之前,被认为是致密光滑。
高温处理提供一个突然改变多孔和多晶的形式。
第二,高温处理降低微晶的大小在4-5nm范围内。
可能这是低端的微晶尺寸,考虑到相对较高的温度350oC.除此之外,我们注意到基本结构属性,包括赤铁矿的晶格间距:
2.3A（006）面和2.5A（110）面。
这些图像是图7所示
图7
。
此外,最近HETEM对赤铁矿纳米线的分析表明,[110]方向为赤铁矿纳米线优先生长的方向，相对应的一个热的增长机制将前导铁粉90压实。
除了识别阶段,提供关于晶粒大小、质量、结构参数和同形替代其他三价铁的阳离子信息。
一个完整的理论和XRD的实践体现在其他地方。
91,92因此,这一节中将提供一个相关的铁氧化物的特性简短的解释。
在不同铁氧化物中最强的XRD峰值如表1。
93
晶胞参数x射线衍射图中纯相位的偏离可以用来量化铁替代其他阳离子程度,提供了足够的不同半径的阳离子Fe3+，并且替代的程度并不是太低。
但是,如果晶体足够小（通常低于100nm）或结构混乱,反射的扩大变得很重要。
例如,赤铁矿晶体通过广泛的hkl排列成小的板结构。
94非标准空间结构（板和棒）表现出择优取向改变峰的相对强度。
从这些变化,可以获得关于氧化铁晶体形状的信息。
94
使用XRD研究赤铁矿结构出现了有趣的结果。
94由于异相性的粒子使得非均匀的峰值增宽。
另一个可能的的解释是,由于增加温度可以降低晶体缺陷的影响、,即故障发生在低温。
然而,各向异性的材料位面衍射的方向应该导致微晶的尺寸有很大差异。
此外,在hcp结构中、堆积层错发生在方向c,谱线增宽发生在故障域。
因此,有关堆积层错非均匀增宽归咎于氧气的包装层。
然而,良好的颗粒形状之间的关系和非均匀展宽赤铁矿表明——即使在低温-颗粒形状各向异性的影响主导。
其他的研究已经进行了XRD表征赤铁矿纳米线并且可以找到明确标记的菱形赤铁矿的两变量的样本函数a=5.038A和C=13.772A.90
关于氧化铁,拉曼光谱还可以提供关于样品质量的信息,如存在任何的掺杂物和晶体方向。
典型的拉曼样本函数提出了各种铁氧化物在表2中,粗体和下划线分别指的是最强和下一个最强的边界。
95
特别是,铁氧化物的光谱是与Fe3+八面体协调并兼容的。
95有趣的是,这个研究表明两行水铁矿与施氏矿物转换成赤铁矿以磁赤铁矿为媒介HeNe激光源下加热;然而,六行水铁矿没有中间产物直接转换成赤铁矿。
这表明无序的组件两行水铁矿转换磁赤铁矿。
对于施氏矿物来说,硫酸加热的损耗需要同时转换OH-离子和O2-离子。
两行水铁矿的结晶最终是一个由立方堆积的密闭的氧化物-氢氧化物图层面板，这是先前确定的。
由此可以理解，的加热时,由于在加热时四面体地协调发生磁赤铁矿的转换。
第四章光学和电子性质
4.1在近紫外到近红外光学吸收赤铁矿的光学吸收特性的研究中研究。
96-103典型的光学吸收谱a-Fe2O3图8所示。
图8
四个吸收区域可按照以下分类。
吸收边界在区域1（250-400nm）LMCT转换（直接转换）结合Fe3+配位场转换的贡献从6A1（6S）到4T1（4P）在290-290nm，6A1（6S）到4E1（4D）和6A1（6S）到4T1（4D）6360-80nm。
104区域2（400-600nm）分配给一对激发过程6A1（6S）+6A1（6S）到4T1（4G）+4T1（4G）485-550nm,最有可能重叠的贡献6A1（6S）到4E,4A1（4G）配位场在430转换即LMCT过渡带的尾巴。
96、97地区3（600-780nm）对应于6A1（6S）到4T2（4G）配位场转换640nm,而地区4（750-900nm）是6A1（6S）到4T1（4G）配位场转换约900nm。
96,97在这些带间的转换,双激子过程（6A1（6S）+6A1（6S）到4T1（4G）+4T1（4G））收益率最强烈吸收带大约535nm;因此,它主要负责红颜色赤铁矿。
4.2尺寸和形状对光学跃迁的影响
赤铁矿纳米结构的表面颜色明显依赖相位,大小和形状的结构.105-111王等人发现,颗粒大小约0.3毫米的多面赤铁矿的颜色为栗色,而粒子直径3纳米的血小板显示紫色。
105近年,陈等人进行了系统性研究，改变各种赤铁矿纳米晶体使颜色从血腥的棕色到深棕色。
106反射强度的高低由形状决定，一些拥有特殊表面积的位面表面反射能力比其他位面要高。
106反射强度在不同波段的差异将控制赤铁矿的颜色。
光谱显示反射率非常低的赤铁矿颗粒从400到550nm,和一把锋利的增加约550nm表明,能带约2.2eV。
小王和同事也报道了光热水地合成赤铁矿颗粒的属性研究了使用光谱学漫反射率.105在近红外区域（700-1200nm）,波段≈850nm是6A1到4T1配位场转换。
105波段在可见光谱地区从400到700nm被认为和spin-forbidden一起配位场转换2t2g之间的自旋反转过渡状态。
105在紫外吸收光谱吸收较弱的波段从200到400nm，ligand-to-metal的电荷O（2p）轨道和Fe3+2t2g与3eg轨道之间转移。
112
后来,他们调查了size-dependent的晶体大小为5，12和48nm的a-Fe2O3纳米颗粒分散在二氧化硅粉末的吸收光谱。
97结果显示蓝移激发与相对强度减少吸收过程地区（400-600nm）。
随着粒子尺寸减少:
533nm的吸收带移为48nm纳米颗粒,510nm的吸收带移为12nm纳米颗粒,488nm的吸收带移为5nm纳米颗粒。
关于蓝色偏移的研究与早期研究结果一致,随着赤铁矿纳米粒子尺寸减小吸收边蓝移。
113,114
类似于size-dependent的蓝色偏移的波段（400-600海里），在最近的一次工作也观察到形貌控制单晶赤铁矿纳米管。
99这些中空的赤铁矿纳米晶体表现出在衡量区域（300-1000nm）中的两个波段450nm和550nm。
波段从450nm蓝移到385nm空心纳米晶体的长度从纳米管到降低纳米环的形态学变化。
99这些结果归因于适当的限制影响.115此外,对吸收波段的蓝移激励也是shape-dependent即当粒径大小与入射波长可比。
shape-induced光学性质也观察到氧化铜shuttle-like纳米颗粒的吸收、96并且偏振拉曼光谱和各向异性电子声子耦合的CdS纳米线。
116不同形状的吸收带赤铁矿结构的变化可以归因于各向异性的影响偶极子的分布和电场一起有限尺寸效应将改变赤铁矿的宽高比毫微管。
99
4.3光致发光
众所周知,大部分Fe2O3没有显示光致发光（PL）由于当地禁止d-d过渡,阳离子之间的共振能量转移,以及高效的晶格和磁性的放松方式。
117然而,PL由于其size-associated光学性质自己可以捕捉观察到在赤铁矿纳米结构。
118量子约束效应导致的非局部化和量化纳米结构中的电子态和放松禁止规则d-d过渡,119年,因此允许部分的光学跃迁。
磁的放松方式也会变得多在赤铁矿纳米颗粒由于更多的3d-4sp较弱导致long-lived-excited杂交和量化。
118最后,赤铁矿纳米粒子有一个局部的衰竭铁磁矩即在强大的反铁磁性的背景下强烈的局部晶格畸变,这可能产生光激励后发光.118
邹和同事观察强烈PL赤铁矿纳米粒子大小<20nm的水溶胶悬浮在水或organosol-capped纳米颗粒以表面活性剂悬浮在甲苯。
118,120赤铁矿纳米颗粒在水中显示主要带边沿发射575nm,而限制纳米颗粒更广泛Gaussian-fit排放约590nm。
转移排放波长3d-4sp杂交纳米颗粒在甲苯比在水中更强。
117
此外,Cherepy等人观察到的发射光谱带400nm（活跃在300nm）各地赤铁矿纳米结构的维数为1×15nm。
113它是有趣的,因为这样的排放高于带隙（400nm）赤铁矿的能量很少被发现。
400nm排放波段是由于ligand-to-metal电荷转移（LMCT）转换（直接转换）113，在可见区域没有测量发射Fe3+配位场和激子的诱导对转换（间接转换）96。
示例表明,赤铁矿的吸收和发射特性和它们的大小和形态密切相关。
赤铁矿的吸收波段由紫外到近红外Fe3+配位场转换,对激子转移,ligand-to-metal电荷转移（LMCT）转换。
量子尺寸效应导致移位和量化电子态的纳米结构,从而改变吸收及光致发光（图9）。
图9
4.4XPS和EXAFS
X射线光电子能谱（XPS）涉及到检测和分析产生的光电子交互的X射线与物质。
动能按照标准测量光电子强度作为绑定的函数能量。
每个元素都有自己的特色的绑定能量及谱线。
对铁氧化物最常见的扫描可以得到Fe特征（2p3/2）和（2p1/2）线以及O（1s）。
121-123铁氧化物的这种技术的主要用途是提供有关的信息氧化和结构状态参数和确定表面成分的深度10nm。
光谱给极大值峰值为Fe（2p3/2）711.5
0.1eV,O（1s）为530.0
0.1eV，肩膀为531.3
0.1eV。
为铁氧化物（除了FeOOH）O（1s）的峰值不变化,铁峰非常密集,在混合氧化物之间明确的分化是很困难的。
然而,这项技术对于在氧化物表面吸附物种的调查是有用的,已经用来鉴别硅酸盐、124磷酸盐、硫酸盐和亚硒酸盐。
125对于锌元素也已经进行了的研究。
126XPS谱已结合AFM探针使用有助于了解在硅基板上的赤铁矿,表明赤铁矿无论沉积温度多少，都在以island-formation的方式在增长。
127
测量扩展吸收x射线的最强结构（EXAFS），同步辐射电离的核心以电子为目标原子。
吸收光谱是收集不断增加入射光子的能量。
外放的电子散射向邻近的原子;这些外放的电子产生的干涉光谱的精细结构能量大于吸收边能量。
EXAFS谱反映了电离原子提供数量的信息，如最近的，next-to-nearest邻近的及与其他原子的距离。
Manceau等人进行了初始EXAFS阶段的大部分工作，如铁氧化物的关注识别和结构特征以及水铁矿的转型结晶。
128-131此外,EXAFS一直使用最近描述氧化铁表面吸附物特定吸附阳离子和有毒元素Se、Cr和As的含氧阴离子.132-135
4.5电子能带结构的理论研究
赤铁矿的电子能带结构的理论研究曾经开展过。
136-142例如,Thimsen研究了是以30-原子单元细胞建模（六角:
a=5.038A,c=13.772A,R-3C对称组）的原始赤铁矿。
用5×5×1k-point来计算a-Fe2O3在2.1eV铁3dL铁3dU能带之间的水平值。
作者很小心提到隙值通过密度泛函理论（DFT）计算系统，低估了由于一个失败的交换相关泛函,取消了研究室所作的电子能量。
他们提到,尽管如DFT+U或确切哈特里的使用交流可以克服这一点,但是他们在相对于DFT的计算中往往会引入额外的复杂性和困难。
周期性的密度泛函理论计算体积，在使用前维也纳Ab在卷首仿真包（VASP）之前针铁矿也被研究过。
143在这项研究中,计算散装材料的准确复制观察晶体结构和振动频率,验证了使用这种计算方法建模目的。
Energy-minimized结构光、水分和溶剂化建模单元细胞表面。
计算晶胞参数a、b和c为9.95,3.00,4.60A,替换有效（分别与9.95、9.95和4.62A,的实验结果相比较）,而振动频率分解为许多边带频率是计算非常类似的实验观察到的能量。
正因为如此，铁氧化物被认为是很好的精确建模,对未来计算石墨烯,晶胞参数和振动频率方面有积极的影响。
第五章电荷载体动力学在赤铁矿
5.1背景时间分辨纳米结构的研究
将电荷载体放入纳米材料中的研究，能够更深入和更基本的理解它们的属性。
首先,通过一个动态测量提供了与静态测量互补的信息。
第二,动态信息可以指导设计、合成、和各种各样的纳米材料应用程序实施,比如光催化、光电化学和光伏发电。
时间分辨激光光谱学建立通用的和强大的技术调查的电荷载体动态nanomaterials.144-148
瞬态吸收（TA）是时间分辨研究常用的技术之一。
在TA测量,短时间通常飞秒（fs）持续时间、光脉冲（“泵”）刺激样例,在一个时间延迟后,第二个短脉冲（“探针”脉冲）用来询问激活的载流子。
检测到变化的探测脉冲信号,伴随时间延迟,动力载流子的激活信息被探测到。
145由于观测信号的赋值是复杂的,所以TA信号往往伴随着精密控制实验和其他信息,例如理论建模和仿真。
因为只有泵和脉冲的互相关是决定时间分辨率的,TA测量提供宝贵的时间分辨率可行的解决方法。
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