3D 半導(dǎo)體粒子提供 2D 特性

2022年1月4日整理發(fā)布：紐約州伊薩卡——在創(chuàng)建下一代電子產(chǎn)品方面，二維半導(dǎo)體具有很大的優(yōu)勢(shì)。它們更快、更強(qiáng)大、更高效。它們也非常難以制造。

鑒于其幾何形狀各不相同的表面，三維半導(dǎo)體粒子也有邊緣——其中很多。康奈爾大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，這些刻面邊緣的連接處具有二維特性，可用于光電化學(xué)過(guò)程——其中光用于驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)——可以促進(jìn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)。

這項(xiàng)由藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院 Peter JW Debye 化學(xué)教授Peng Chen領(lǐng)導(dǎo)的研究也可以使減少二氧化碳、將氮轉(zhuǎn)化為氨和生產(chǎn)過(guò)氧化氫的可再生能源技術(shù)受益。

該小組的論文“Inter-Facet Junction Effects on Particulate Photoelectrodes”于 12 月 24 日發(fā)表在Nature Materials 上。該論文的第一作者是博士后毛先文。

在他們的研究中，研究人員專注于半導(dǎo)體釩酸鉍，其顆?？梢晕展?，然后利用該能量氧化水分子——這是一種產(chǎn)生氫和氧的清潔方式。

半導(dǎo)體粒子本身呈各向異性形狀;也就是說(shuō)，它們具有 3D 表面，充滿彼此成角度并在粒子表面邊緣相遇的小平面。然而，并非所有方面都是平等的。它們可以具有不同的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致不同的能級(jí)和電子特性。

“因?yàn)樗鼈冊(cè)谶吘夁B接時(shí)具有不同的能量水平，所以存在不匹配，而這種不匹配會(huì)給你一個(gè)過(guò)渡，”陳說(shuō)。“如果你有一種純金屬，它就不會(huì)有這種特性。”

使用一對(duì)高空間分辨率成像技術(shù)，毛和陳測(cè)量了每個(gè)面和中間相鄰邊緣的多個(gè)點(diǎn)的光電化學(xué)電流和表面反應(yīng)，然后使用艱苦的定量數(shù)據(jù)分析來(lái)繪制過(guò)渡變化。

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，三維粒子實(shí)際上可以擁有二維材料的電子特性，其中過(guò)渡逐漸發(fā)生在小平面會(huì)聚邊緣附近所謂的過(guò)渡區(qū)——這一發(fā)現(xiàn)從未有過(guò)。如果沒(méi)有高分辨率成像，就無(wú)法想象并且無(wú)法揭示。

毛和陳假設(shè)過(guò)渡區(qū)的寬度與刻面的大小相當(dāng)。這可能會(huì)為研究人員提供一種“調(diào)整”電子特性并為光催化過(guò)程定制粒子的方法。他們還可以通過(guò)化學(xué)摻雜改變近邊緣過(guò)渡區(qū)的寬度來(lái)調(diào)整特性。

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