纳米结构限域实现可控界面电荷转移

摘要： 碳纳米结构负载的半导体在光催化和光电化学应用中十分常见，因为这类纳米导体有望改善光生载流子的空间分离与传输。载流子通过碳-半导体界面的转移是决定电荷分离通道作用的关键电子过程，且该过程对接触界面附近半导体的能带结构高度敏感。通常，这一电子过程会因热电子发射导致过多能量耗散，从而不利地阻碍界面电荷转移并最终加剧光生载流子的复合。遗憾的是，这一关键问题很少被有意识地加以考虑。本研究采用涂覆于石墨烯表面、夹在碳层与半导体纳米结构之间的超薄无掺杂隧穿中间层作为模型体系，来展示界面电荷转移的节能效果。与石墨烯片接触的超薄中间层对能带弯曲的纳米结构限域效应，能有效缩小势垒宽度，使大量光生电子无需过度消耗能量即可隧穿至助催化剂。此外，这种无掺杂隧穿中间层还能同时阻止被转移至夹层石墨烯片中的电子发生泄漏。