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浦項(xiàng)科技大學(xué)化學(xué)系Sunmin Ryu課題組--二維材料界面擴(kuò)散控制氧化還原電荷摻雜
      控制額外的載流子是操縱各種二維材料電子、光學(xué)和磁性的關(guān)鍵。然而,二維材料在空氣和酸中普遍存在的空穴摻雜在其力學(xué)細(xì)節(jié)上一直存在爭議。在這里,我們證明了它們的共同起源是由氧和水分子的氧化還原對驅(qū)動的電化學(xué)反應(yīng)。使用WS2的實(shí)時光致發(fā)光成像和石墨烯的拉曼光譜,我們捕獲了分子在二維納米空間中的二維材料與親水基板之間的擴(kuò)散現(xiàn)象,結(jié)果表明親水基板容納了水分子,也充當(dāng)了水合溶劑。我們根據(jù)能斯特方程還證明,HCl誘導(dǎo)的摻雜受溶解的O2和pH值控制。本文所解剖的納米電化學(xué)對材料的性質(zhì)設(shè)定了環(huán)境限制,這不僅適用于二維材料,也適用于其他形式的材料。
 
 Fig. 1激子的化學(xué)調(diào)制電離。a對位于受控氣態(tài)環(huán)境中的SiO2(1LWsilica)上支撐的單層(1L)WS2的原位光學(xué)測量。b具有中性(X0)和帶電(X+和X)激子態(tài)的WS2的電子能帶(下圖);其輻射和非輻射(nr)衰減率(γ)的示意圖(上圖)。c在各種氣體環(huán)境中WS2的光致發(fā)光(PL)光譜。d隨氣體環(huán)境變化隨時間測量1LWsilica和1LWBN的PL強(qiáng)度。e WS2中電荷密度的化學(xué)與電調(diào)制之間的等價關(guān)系。
 
 
Fig. 2界面受限的氧化還原反應(yīng)的實(shí)時光致發(fā)光圖像。a-c在氣體、水和1LWBN的廣角PL圖像和光學(xué)顯微照片和PL增強(qiáng)圖像。d-f 1LWsilica氧化還原反應(yīng)的O2擴(kuò)散途徑的方案。
 
 
Fig. 3氧化還原反應(yīng)的放大和抑制。a 1L石墨烯(1LGsilica)的原始,熱活化和失活的拉曼光譜。b在不同溫度下退火的1LGsilica的G和2D頻率之間的相關(guān)。c石墨烯的晶格應(yīng)變(上)和空穴密度(中)的變化;SiO2基材的水接觸角(底部)與退火溫度(T)的關(guān)系。d在二乙基鋅處理(上)和未處理(下)的基板上制備的1LGsilica的光學(xué)顯微照片(左)和電荷密度圖像(右)。e空氣平衡的石墨烯-SiO2界面示意圖。
 
 
Fig. 4 pH控制的電荷轉(zhuǎn)移。a延時測量1LGsilica在HCl溶液中的電荷密度。b O2誘導(dǎo)的1LGsilica在HCl溶液中增加的電荷密度與pH的關(guān)系。c在不同pH的HCl溶液中1LGsilica單位面積的初始電荷轉(zhuǎn)移速率。d用于顯微光譜儀的光學(xué)液體池與氣體分布器的組合方案。e從石墨烯和WS2到O2/H2O氧化還原反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移能級圖。f在不同ph值的HCl溶液中,O2調(diào)節(jié)1LGsilica的總PL強(qiáng)度。
 
       相關(guān)研究成果于2019年浦項(xiàng)科技大學(xué)化學(xué)系Sunmin Ryu課題組,發(fā)表在Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-019-12819-w)上。原文:Redox-governed charge doping dictated by interfacial diffusion in two-dimensional materials
 
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