Interfacial Electron Transfer in PbI2@Single-Walled Carbon Nanotube van der Waals Heterostructures for High-Stability Self-Powered Photodetectors

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作者
Yu Teng,Yong Zhang,Xiaomei Xie,Jian Yao,Zhen Zhang,Lin Geng,Pin Zhao,Chengpeng Yang,Wenbin Gong,Xiujun Wang,Ziyi Hu,Lixing Kang,Xiaosheng Fang,Qingwen Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (9): 6231-6239 被引量:16
标识
DOI:10.1021/jacs.3c14188
摘要

Acquiring a deep insight into the electron transfer mechanism and applications of one-dimensional (1D) van der Waals heterostructures (vdWHs) has always been a significant challenge. Herein, through direct observation using aberration-corrected transmission electron microscopy (AC-TEM), we verify the stable formation of a high-quality 1D heterostructure composed of PbI2@single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The phenomenon of electron transfer between PbI2 and SWCNT is elucidated through spectroscopic investigations, including Raman and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electrochemical testing indicates the electron transfer and enduring stability of 1D PbI2 within SWCNTs. Moreover, leveraging the aforementioned electron transfer mechanism, we engineer self-powered photodetectors that exhibit exceptional photocurrent and a 3-order-of-magnitude switching ratio. Subsequently, we reveal its unique electron transfer behavior using Kelvin probe force microscopic (KPFM) tests. According to KPFM, the average surface potential of SWCNTs decreases by 80.6 mV after filling. Theoretical calculations illustrate a charge transfer of 0.02 e per unit cell. This work provides an effective strategy for the in-depth investigation and application of electron transfer in 1D vdWHs.
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