龍閏老師Nano Lett.文章介紹
過渡金屬二硫化物以及TiO2均為制備光電器件非常有潛力的材料，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。如MoS2有合適的帶隙，可以吸收可見光，但是電子-空穴結(jié)合能大，抑制了光生載流子的分離。TiO2穩(wěn)定、無毒，元素地殼含量豐富，是一種優(yōu)良的光電材料和光催化劑。遺憾的是較大的帶隙使之只具有紫外光活性，極大限制了其廣泛有效的應(yīng)用。為了發(fā)揮過渡金屬二硫化物和TiO2各自的優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，將二者結(jié)合起來制備成異質(zhì)結(jié)可以吸收可見光，促進(jìn)電荷分離，降低電子-空穴復(fù)合。
最近，我院龍閏博士、方維海院士與南加州大學(xué)Prezhdo教授合作，利用含時(shí)密度泛函理論結(jié)合非絕熱動(dòng)力學(xué)計(jì)算，研究了MoS2/TiO2體系中光誘導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移、能量弛豫以及電子-空穴復(fù)合等過程。計(jì)算表明，在界面處，由于極化形成電場(chǎng)，使得電荷分離在光激發(fā)的過程中已經(jīng)發(fā)生。由于MoS2獨(dú)特的S-Mo-S三層結(jié)構(gòu)，使得S原子只對(duì)高能量激發(fā)態(tài)有貢獻(xiàn)，加之TiO2的態(tài)密度隨能量升高而增加，兩者協(xié)同增強(qiáng)非絕熱耦合強(qiáng)度和轉(zhuǎn)移率，使得能量高的激發(fā)態(tài)比能量低的激發(fā)態(tài)電子轉(zhuǎn)移時(shí)間短。同時(shí)，較弱的施主-受主耦合作用，使得電荷轉(zhuǎn)移的過程要慢于能量弛豫。這解釋了實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的注入電子主要為熱電子這一現(xiàn)象。此外，弱的范德華相互作用則有利于電子-空穴保持分離狀態(tài)。該研究指出盡管MoS2/TiO2異質(zhì)結(jié)中的電子-空穴對(duì)壽命長(zhǎng)，但是相對(duì)較慢的電荷分離過程仍給該體系的實(shí)際使用帶來一定的問題。該文章的第一作者是北師大化學(xué)學(xué)院碩士一年級(jí)學(xué)生魏雅清，通訊作者為龍閏博士。
Nano Lett. 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00167
這一研究成果發(fā)表于《Nano Lett.》: Weak Donor−Acceptor Interaction and Interface Polarization Define Photoexcitation Dynamics in the MoS2/TiO2 Composite: Time Domain Ab Initio Simulation
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