<p>休斯敦&mdash;&mdash;（2023 年 1 月 4 日）&mdash;&mdash;萊斯大學(xué)和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在半導(dǎo)體納米晶體表面填充電荷受體分子時(shí)，更多并不總是更好。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1673668619887/1673668619887.jpg" width="540" height="307" /></p> <p><br />萊斯大學(xué)和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的化學(xué)家表明，在半導(dǎo)體納米晶體表面添加更多的電荷接受配體可以產(chǎn)生配體-配體相互作用，從而降低混合納米材料中的電子轉(zhuǎn)移速率。（圖片由 P. Rossky/萊斯大學(xué)提供）</p> <p>&nbsp;</p> <p>混合納米材料中有機(jī)和無機(jī)成分的組合可以定制，以獨(dú)特的方式捕獲、檢測(cè)、轉(zhuǎn)換或控制光。對(duì)這些材料的興趣很高，在過去 20 年中，關(guān)于它們的科學(xué)出版速度增長了十倍以上。例如，它們可以通過從太陽光波長（如紅外線）中收集能量來提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率，而傳統(tǒng)的光伏太陽能電池板無法捕捉到這些能量。</p> <p><br />為了制造這種材料，化學(xué)家將光捕獲半導(dǎo)體的納米晶體與充當(dāng)配體的&ldquo;電荷受體&rdquo;分子結(jié)合在一起，這些分子附著在半導(dǎo)體表面并將電子從納米晶體中傳輸出去。</p> <p><br />&ldquo;研究最多的納米晶體系統(tǒng)具有高濃度的電荷受體，這些電荷受體直接與半導(dǎo)體晶體結(jié)合。&rdquo;萊斯化學(xué)家彼得羅斯基說，他是美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志最近一項(xiàng)研究的共同通訊作者。&ldquo;一般來說，人們?cè)噲D最大化電荷受體的表面濃度，因?yàn)樗麄兤谕娮愚D(zhuǎn)移速率隨著表面受體濃度的增加而不斷增加。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1673668667914/1673668667914.jpg" width="180" height="270" /></p> <p><br />彼得羅斯基</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1673668673114/1673668673114.jpg" width="180" height="270" /></p> <p>&nbsp;</p> <p>肖恩&middot;羅伯茨</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1673668683724/1673668683724.jpg" width="360" height="360" /></p> <p>&nbsp;</p> <p>一些已發(fā)表的實(shí)驗(yàn)表明，電子轉(zhuǎn)移率最初隨著表面受體濃度的增加而增加，然后如果表面濃度繼續(xù)增加則下降。Rossky 和共同通訊作者、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的化學(xué)副教授Sean Roberts知道配體的分子軌道可以以可能影響電荷轉(zhuǎn)移的方式相互作用，并且他們預(yù)計(jì)會(huì)有一個(gè)點(diǎn)將更多的配體堆積到晶體表面上產(chǎn)生這樣的相互作用。</p> <p><br />Rossky 和 ??Roberts 是水稻缺陷適應(yīng)特征中心(CAFF)的聯(lián)合首席研究員，該中心是一個(gè)由美國國家科學(xué)基金會(huì) (NSF) 支持的多大學(xué)項(xiàng)目，旨在利用材料中的微觀化學(xué)缺陷來制造創(chuàng)新催化劑、涂料和電子產(chǎn)品。</p> <p><br />為了驗(yàn)證他們的想法，羅斯基、羅伯茨和 CAFF 的同事系統(tǒng)地研究了含有硫化鉛納米晶體和不同濃度的經(jīng)常研究的有機(jī)染料苝二酰亞胺 (PDI) 的混合材料。實(shí)驗(yàn)表明，不斷增加納米晶體表面 PDI 的濃度最終會(huì)導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移速率急劇下降。</p> <p><br />Rossky 說，這種行為的關(guān)鍵是 PDI 分子之間的配體-配體相互作用對(duì)晶體表面 PDI 聚集體幾何形狀的影響。收集證據(jù)以顯示這些聚集效應(yīng)的影響需要每個(gè)研究小組的專業(yè)知識(shí)以及光譜實(shí)驗(yàn)、電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬的仔細(xì)組合。</p> <p><br />羅伯茨說：&ldquo;我們的結(jié)果證明了在設(shè)計(jì)用于電荷分離的光激活雜化納米晶體材料時(shí)考慮配體-配體相互作用的重要性。我們表明配體聚集在某些情況下肯定會(huì)減慢電子轉(zhuǎn)移。但有趣的是，我們的計(jì)算模型預(yù)測(cè)配體聚集也可以在其他情況下加速電子轉(zhuǎn)移。&rdquo;</p> <p><br />Rossky 是萊斯大學(xué)的 Harry C. 和 Olga K. Wiess 自然科學(xué)主席，也是化學(xué)和化學(xué)與生物分子工程學(xué)教授。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究得到了美國國家科學(xué)基金會(huì) (CHE-2124983、CNS-1338099、DGE-1610403) 和韋爾奇基金會(huì) (F-1885、F-1188) 的支持。美國國立衛(wèi)生研究院 (OD021508) 提供了儀器支持；對(duì)高性能計(jì)算的支持由 Advanced Micro Devices Inc. 和賴斯的研究計(jì)算中心提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>