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【VASP計算】?AFM：界面電荷轉(zhuǎn)移提高(CoFe MTF)/Fe2O3的載流子復(fù)合壽命

構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽極是提高光電化學(xué)（PEC）性能的重要手段，但如何實現(xiàn)高效的界面電荷轉(zhuǎn)移是一個長期的挑戰(zhàn)。

基于此，清華大學(xué)朱永法教授和鄭州大學(xué)易莎莎副教授等人報道了一種由Fe-O-N/S鍵連接的CoFe金屬-硫化物骨架(CoFe MTF)/Fe₂O₃光陽極來調(diào)節(jié)載流子的行為，并改善水氧化性能。該界面鍵在Fe₂O₃和CoFe MTF的淺阱態(tài)之間起著直接電荷轉(zhuǎn)移的橋梁作用，導(dǎo)致載流子復(fù)合壽命延長，其中CoFe MTF/Fe₂O₃為85 ns，而Fe₂O₃為37 ns，并提高了電荷轉(zhuǎn)移效率。CoFe MTF/Fe₂O₃光陽極在水氧化方面表現(xiàn)出顯著的增強，導(dǎo)致光電流密度比原始Fe₂O₃增加三倍。

VASP解讀

通過DFT計算，作者研究了CoFe MTF/Fe₂O₃異質(zhì)結(jié)構(gòu)中CoFe MTF與Fe₂O₃之間的鍵合效果。從CoFe MTF/Fe₂O₃異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電荷密度差看出，電子在O原子周圍的中心區(qū)域積聚，而在N和S原子附近發(fā)生電荷耗盡，表明了界面成鍵效應(yīng)，電子從N和S原子轉(zhuǎn)移到O原子，削弱了Fe₂O₃界面上原有的Fe-O鍵，并導(dǎo)致MTF向Fe₂O₃輕微的電荷回給。因此，在CoFe MTF/Fe₂O₃光陽極內(nèi)構(gòu)建了有效的空間電荷轉(zhuǎn)移橋，從而獲得更有效的載流子轉(zhuǎn)移特性。

此外，投影態(tài)密度（PDOS）光譜和總態(tài)密度（TDOS）顯示出明顯的軌道重疊，可歸因于CoFe MTF/Fe₂O₃光電極中N（或S）和O原子之間的雜化。結(jié)構(gòu)表明，在CoFe MTF和Fe₂O₃之間形成Fe-O-N/S鍵，可作為電荷轉(zhuǎn)移通道，促進(jìn)它們在CoFe MTF/Fe₂O₃界面上的傳輸。

Interfacial Charge Transfer Bridge Prolongs Carrier Recombination Lifetimes of CoFe Metal-Thiolate Framework/Hematite Photoanode for Water Oxidation. Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202313767.

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