Size-Dependent Electronic Properties of Uniform Ensembles of Strongly Confined Graphene Quantum Dots

量子点 石墨烯 电子 激子 凝聚态物理 带隙 电子结构 石墨烯量子点 物理 化学 材料科学 纳米技术 量子力学
作者
Zhiqiang Ji,Enkeleda Dervishi,Stephen K. Doorn,Milan Sýkora
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (5): 953-959 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b00119
摘要

The electronic structure of a series of bottom-up synthesized graphene quantum dots (GQDs) smaller than 2 nm was investigated by spectroelectrochemistry, yielding insights not previously available from ensemble-level studies. The results show that for the strongly confined GQDs the dependence of the band gap on the GQD size deviates from the prediction of the standard Dirac Fermion model but agrees well with the models explicitly accounting for the electron-electron and electron-hole interactions. The HOMO/LUMO energy levels are found to be distributed nearly symmetrically around the 0 V value versus normal hydrogen electrode (NHE), becoming more positive/negative, respectively, with increasing GQD size. The exciton binding energies are found to follow power dependence on the number of carbon atoms per GQD, with the experimental values falling within the range of ∼0.1 to ∼0.6 eV. Given the broad accessibility of the described experimental tools and methods, our work opens a path to a more systematic examination of quantum confinement effects in GQDs.

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