龍閏老師J.Am. Chem. Soc.文章介紹
界面電子轉(zhuǎn)移是太陽能轉(zhuǎn)換為電能的關(guān)鍵步驟。通常認(rèn)為電荷施主-受主間的強(qiáng)共價(jià)鍵使絕熱電子轉(zhuǎn)移起支配作用 (J. Am. Chem. Soc.2011, 133, 19240–19249)，避免能量損失。而弱范德瓦爾斯力促使非絕熱電子轉(zhuǎn)移起主導(dǎo)作用(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14238-14248, ibid 2014, 136, 4343-4354)，非絕熱電子轉(zhuǎn)移在導(dǎo)帶邊緣轉(zhuǎn)移效率十分低，晶格振動(dòng)接收了電子損失的部分能量。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，提高絕熱電子絕熱轉(zhuǎn)移成分十分必要。
最近，龍閏博士，方維海院士與Prezhdo教授研究了分子/石墨烯量子點(diǎn)和TiO2的組成的界面體系，它們之間通過C-O共價(jià)鍵平行地或者垂直地連接。計(jì)算表明垂直體系中非絕熱機(jī)制主導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，而平行體系中絕熱電子轉(zhuǎn)移機(jī)制占主導(dǎo)作用。為了解釋這一與直觀認(rèn)識(shí)相違背的結(jié)果，我們計(jì)算了石墨烯量子點(diǎn)和TiO2間的結(jié)合能，當(dāng)沒有包含范德瓦爾斯相互作用時(shí)，垂直體系的結(jié)合能比平行體系大很多；包含范德瓦爾斯力后，結(jié)合能在垂直體系中增加很小，在平行體系中增加顯著。原因是平行的石墨烯量子點(diǎn)π電子與TiO2經(jīng)由空間傳遞相互作用，增強(qiáng)施主-受主相互作用和非絕熱耦合，絕熱電子轉(zhuǎn)移起支配作用。在垂直體系中，施主-受主經(jīng)由共價(jià)鍵作用，但拉電子基團(tuán)COO-使電子遠(yuǎn)離界面區(qū)，削弱非絕熱耦合，致使非絕熱電子轉(zhuǎn)移機(jī)制占主要作用（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 2619）。這一發(fā)現(xiàn)表明，實(shí)驗(yàn)可以通過化學(xué)方法修飾調(diào)節(jié)施主-受主相互作用強(qiáng)度，提高絕熱電子轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)，優(yōu)化光電太陽能電池的性能。
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