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半导体光催化基本理论.pdf
E 、E 计算式中物理量x, Ee,0.5Eg的选取依据
VB CB
0.引言：带边电势 （band edgepotential）是光催化领域中应用十分广泛的一个概念，在其计
1 1
算中，经常会涉及到两个公式，E E E 和E E E 。因为该公式
VB e 2 g CB e 2 g
的理论基础涉及量子力学、热力学与统计物理等领域的知识，完整的叙述需要较长的篇幅，
目前还没有相关文献对其建立过程进行完整的论述。很多文献对E 和E 的单位（本为电
VB CB
势单位，V）并不明了，常误认为能级单位eV。此外，将该组公式视为 “纯经验公式”的
做法，亦有失妥当。本文并不打算对该组公式的建立给出完整的证明过程。仅就各物理量χ、
Ee、0.5Eg 的选取依据进行了简要的叙述，对正确理解与应用该公式具有一定的指导意义。
1.绝对电负性与能级之间的关系：
体系电子化学势 （μ）与Mulliken 电负性 （χ，又称绝对电负性）之间满足如下关系[1]：
Mulliken 电负性的定义是：原子第一电离能与第一电子亲和能之和的二分之一：
I A
2
根据电负性均衡原理可知，化合物的电负性等于各元素电负性的几何平均值[2]：
a b c 1/(abc)
(AaBbCc) ( )
A B C
在物理学中，0K 时，体系中占据Fermi 能级的电子所具有的化学势（μ）叫做Fermi 能（E ）。
F
对于本征半导体材料 （完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体），Fermi
能级处于禁带正中，对应有关系式[3]：
E E
E CB VB
F
2
引入公式 E E E
g CB VB
可得价带能级和导带能级计算式：
E 0.5E
{VB g
E 0.5E
CB g
引入χ的好处在于，可以通过实验测得的I 值及A 值，确定E 、E 的具体值。
VB CB
2.能级与绝对电势之间的关系：
为避免因符号使用引起的误解，以E 表示能级，单位eV；以φ表示电势，单位V。在物
理学中，通常选取无穷远处作为参考基点，令位于此处的电子对应的电势能和电势均为零。
x
以 表示电子位于无穷远处的电势能，以 表示电子位于x 处的电势能。采用绝对电势
E
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