3D 半導體粒子提供 2D 特性

2022年1月4日整理發(fā)布：紐約州伊薩卡——在創(chuàng)建下一代電子產品方面，二維半導體具有很大的優(yōu)勢。它們更快、更強大、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，三維半導體粒子也有邊緣——其中很多。康奈爾大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，這些刻面邊緣的連接處具有二維特性，可用于光電化學過程——其中光用于驅動化學反應——可以促進太陽能轉換技術。

這項由藝術與科學學院 Peter JW Debye 化學教授Peng Chen領導的研究也可以使減少二氧化碳、將氮轉化為氨和生產過氧化氫的可再生能源技術受益。

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體釩酸鉍，其顆?？梢晕展猓缓罄迷撃芰垦趸肿?mdash;—這是一種產生氫和氧的清潔方式。

半導體粒子本身呈各向異性形狀;也就是說，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構，進而導致不同的能級和電子特性。

“因為它們在邊緣連接時具有不同的能量水平，所以存在不匹配，而這種不匹配會給你一個過渡，”陳說。“如果你有一種純金屬，它就不會有這種特性。”

使用一對高空間分辨率成像技術，毛和陳測量了每個面和中間相鄰邊緣的多個點的光電化學電流和表面反應，然后使用艱苦的定量數據分析來繪制過渡變化。

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

毛和陳假設過渡區(qū)的寬度與刻面的大小相當。這可能會為研究人員提供一種“調整”電子特性并為光催化過程定制粒子的方法。他們還可以通過化學摻雜改變近邊緣過渡區(qū)的寬度來調整特性。

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