蘇州納米所康黎星等JACS:碳納米管內(nèi)嵌異質(zhì)結(jié)的光電應(yīng)用研究取得新進(jìn)展
一維范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)為新型納米器件的設(shè)計(jì)和制備提供了新的思路和可能性,深入了解一維范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制和應(yīng)用一直是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。針對(duì)以上科學(xué)問題,中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所康黎星團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了由單壁碳納米管封裝碘化鉛高質(zhì)量一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形成,并詳細(xì)闡明了其層間電子轉(zhuǎn)移行為機(jī)制。此外,利用上述機(jī)制,設(shè)計(jì)了具有出色光電流和開關(guān)比的自供電光電探測(cè)器。
研究者通過球差校正透射電子顯微鏡證實(shí)了單壁碳納米管封裝碘化鉛異質(zhì)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模連續(xù)形成。通過光譜技術(shù)對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果證實(shí)了一維碘化鉛在碳納米管的保護(hù)下的持久穩(wěn)定性。研究者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種高度穩(wěn)定的自供電光電探測(cè)器,具有出色的光電流和開關(guān)比。該器件的在靈敏度和穩(wěn)定性等方面也同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。隨后,通過開爾文探針力顯微鏡測(cè)試,闡明了這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)獨(dú)特的電子轉(zhuǎn)移行為,填充后碳納米管的平均表面電位降低了80.6 mV。

圖1. 單壁碳納米管封裝碘化鉛一維范德華異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)表征。
單壁碳納米管封裝碘化鉛異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)于自供電光電探測(cè)器的構(gòu)建至關(guān)重要,這歸因于碘化鉛的強(qiáng)空穴摻雜。紫外光為分離電子-空穴對(duì)提供了額外的驅(qū)動(dòng)力,增強(qiáng)了主體和客體材料之間的電荷轉(zhuǎn)移,并在與氮化鎵相互作用時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)建電場(chǎng)。

圖2. 單壁碳納米管封裝碘化鉛異質(zhì)結(jié)電子傳輸機(jī)制。
基于對(duì)單壁碳納米管封裝碘化鉛異質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究,未來的研究方向包括對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更廣泛的探索,開發(fā)新型光電器件,如光電探測(cè)器、高效光伏電池、傳感器和神經(jīng)形態(tài)器件等,以開拓內(nèi)嵌碳納米管新的應(yīng)用領(lǐng)域。
相關(guān)工作以Interfacial Electron Transfer in PbI2@Single-Walled Carbon Nanotube van der Waals Heterostructures for High-Stability Self-Powered Photodetectors為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上,中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所碩士生滕宇,常熟理工學(xué)院張勇副教授和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所碩士生謝筱萱和常熟理工學(xué)院的張勇副教授為論文共同第一作者。中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所康黎星研究員、復(fù)旦大學(xué)方曉生教授和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所李清文研究員和復(fù)旦大學(xué)方曉生教授為共同通訊作者。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省青年基金等項(xiàng)目的支持。
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