在锌酞菁/少层石墨烯异质结中光诱导的有效界面电荷分离是制造高效能量转换器件的一个有前途的观察结果。少层石墨烯是由单原子厚度的sp蜂窝层组成的二维(2D)体系²杂化碳原子。这些材料被证明是一种很好的载流子，具有很大的机械强度和表面积。此外，酞菁锌(ZnPc)是酞菁的一种半导体金属配合物，是一种很有前途的光敏剂，可以用于光伏和光电化学应用，因为它是一种既热稳定又化学稳定的化合物，并且它具有合适的能带隙，可以通过适当的化学元素来调节。

图1所示。

最近的时间分辨瞬态吸收研究表明，光诱导界面电荷从zn -酞菁转移到单层石墨烯(SLG)的速度比从双层石墨烯(DLG)的速度快，这与费米黄金法则的预期相反。本文首次采用时域非绝热分子动力学(NA-MD)方法，研究了ZnPc光激发到SLG和DLG衬底的电子注入过程。我们的计算表明，ZnPc/SLG体系中的电子转移(ET)发生速度比ZnPc/DLG体系快，在观察到的电子转移时间尺度中，最快的分别是580 fs和810 fs。计算的时间尺度与实验报告的时间尺度非常吻合。计算的ET时间尺度主要取决于非绝热耦合(NAC)的大小，我们发现ZnPc/SLG和ZnPc/DLG系统的非绝热耦合(NAC)分别为4 meV和2 meV。转变主要是由1100 cm处的ZnPc面外弯曲模式驱动的¹以及2450厘米石墨烯中基本模式的泛音¹。我们发现两个系统在20 fs的时间尺度上都发生了减相，因此当包括退相干效应时，系统之间观察到相当的减速。因此，我们得出结论，量子力学退相干不会显著改变ET时间尺度的定性趋势。我们强调了适当的能级对齐对于捕获实验中观察到的ET动力学的定性趋势的重要性。这样的能级排列排除了任何主张，即静态DFT甚至时变DFT研究可以解释测量中观察到的这种反直觉的ET趋势。此外，我们还阐述了对ZnPc/FLG系统中非绝热动力学精确建模的几个重要方法要点，如表面跳跃方法的选择、相位修正的使用、NAC标度以及在密度泛函数和分子动力学计算中包含Hubbard项。

我们认为，我们的时域非绝热分子动力学研究可以很好地定性解释ZnPc和少层石墨烯界面处ET速度的反直觉趋势。此外，我们指出，使用简单静态DFT来解释许多时间相关现象存在一定的内在限制，并且非常谨慎地不要使用它来研究一些现象，尽管它一开始就可以给出看似很好的解释。

Hamid Mehdipour, Alireza Z. Moshfegh
伊朗德黑兰谢里夫理工大学物理系

出版

电子传递动力学对π堆叠二维材料中石墨烯层数的依赖:从头算非绝热分子动力学的见解
Hamid Mehdipour, Brendan A Smith, Ali T Rezakhani, Saeedeh S Tafreshi, Nora H de Leeuw, Oleg V Prezhdo, Alireza Z Moshfegh, Alexey V Akimov
物理化学化学物理2019年10月24日

离线阅读:

相关文章:

	MoS2/h-BN/WSe2的最佳光电性能随着下一代半导体光电器件向小型化、高性能、高集成化方向发展，传统的块状材料正面临着巨大的挑战。石墨烯的发现开启了…
	成像金属纳米颗粒在石墨烯气凝胶上的吸附多孔碳气凝胶和海绵状材料与金属纳米颗粒(NPs)的功能化在能源储存和收集以及环境修复等领域有着巨大的应用前景。的方法……
	DFT在高效超级电容器电极设计中的应用约瑟夫·麦克道尔曾经说过“化学是电子玩的游戏”。如果一个人能够了解角色，他们就可以控制游戏，揭开材料的奥秘……
	一个纳米孔获得电荷的速度有多快现代技术，如智能手机、电动汽车和各种电池供电的设备越来越需要高密度的电能存储单元来改善操作。超级电容器是一种新兴的高功率存储设备。
	我们如何从纳米片边缘去除放射性铯?2011年东京电力福岛第一核电站事故放射性碳净化工作稳步推进。根据……
	默本概念解释了为什么氧气被迫切需要来…默本概念(源自“暗燃”，表示一种受限制的不受控制的氧化过程)为氧气为何对生命秩序的即时维持如此重要提供了切实的理论依据。它假设以氧为中心的扩散…