功函数、费米能级以及电子亲和势在光催化领域的应用

简述

在光催化领域我们可以很平凡的看到功函数以及费米能级之间的转化，以及对半导体能带结构的研究，但多数人对其具体功函数和费米能级的意义确不是很了解。

在此，主要讨论功函数、费米能级以及电子亲和势之间的关系与应用。

定义

功函数：将一个电子从固体中迁移到紧贴固体表面外所需要的最小能量，即：在费米能级处的一个电子移动到真空能级所需要的能量。

电子结合能：指电子进入原子核外电子轨道上所放出的能量，放出的能量越高，说明该电子与原子核结合的越紧密，越靠近内层，同时电子结合能也是电子所在能级与费米能级的能量差。

费米能级：温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。常用EF表示，其物理意义是：该能级上的一个状态被电子占据的概率是1/2。

注释：对于固体试样，由于真空能级与表面情况有关，易改变，所以用该能级作为参考能级。

真空能级：电子达到该能级时完全自由而不受核的作用。

注释：在半导体材料中所确定的能带位置都是基于真空能级作为使能参考点得到的，该能级是恒定不变的。

在很多文献中提高具有不同类型的半导体接触以后发生能带的移动，但其真空能及应该保持不变（不发生移动）。

电子亲和势：将一个电子从半导体的导带底移至半导体表面真空能级所需要的最小能量。

其值一般为正，是防止电子逸出体外。它表征材料在发生光电效应时，电子逸出材料的难易程度。电子亲和势越小，就越容易逸出。

应用

题目：界面化学键调节Z型电荷传输实现高效光电化学水分解。

作者通过DFT计算得到了样品ZnIn2S4-xOx（008）和CdSOx（002）的功函数分别为4.868 eV和5.096 eV，如图a和b所示。

在者接触以后由于费米能级的不同导致二者费米能级由高费米能级的ZnIn2S4（008）将电子转移至低费米能级的CdS，直至二者的费米能级一致，进而在二者的界面会产生内建电场，在内建电场的作用下能够加速电子的有效分离并抑制其复合，进一步提升光催化活性。

参考文献

• 百度文库；

• 《负电子亲和势光阴极及应用》；

• Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003500.

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