Edge carboxylation-induced charge separation dynamics of graphene quantum dot/cellulose nanocomposites

石墨烯 量子点 纳米复合材料 光激发 材料科学 石墨烯量子点 化学物理 分子动力学 化学 纳米技术 计算化学 物理 激发态 原子物理学
作者
Peng Cui,Yuan Xue
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier]
卷期号:299: 120190-120190 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2022.120190
摘要

Graphene quantum dot (GQD)@cellulose nanocomposites possess optoelectronic properties of interest for photovoltaic applications. However, the optoelectronic properties related to the shapes and edge types of GQDs have not been fully explored. In the present work, we investigate the effects of carboxylation on the energy alignment and charge separation dynamics at the interface of GQD@cellulose nanocomposites using density functional theory calculations. Our results show that the GQD@cellulose nanocomposites composed of hexagonal GQDs with armchair edges exhibit better photoelectric performance than those composed of other types of GQDs. Carboxylation stabilizes the energy level of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the triangular GQDs with armchair edges but destabilizes the HOMO energy level of cellulose, resulting in hole transfer from the GQDs to cellulose upon photoexcitation. However, the calculated hole transfer rate is lower than the nonradiative recombination rate because excitonic effects dominate the dynamics of charge separation in GQD@cellulose nanocomposites.

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