Interfacial photoinduced carrier dynamics tuned by polymerization of coronene molecules encapsulated in carbon nanotubes: bridging type-I and type-II heterojunctions

文献情報

出版日 2021-05-24
DOI 10.1039/D1CP01008E
インパクトファクター 3.676
著者

Xiao-Ying Xie, Jia-Jia Yang, Xiang-Yang Liu, Qiu Fang, Wei-Hai Fang, Ganglong Cui


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要旨

Carbon nanomaterials play important roles in modern scientific research. Integrating different carbon-based building blocks into nano-hybrid architectures not only takes full advantage of each component, but also brings in novel interfacial properties. Herein, we have employed density functional theory (DFT) calculations to investigate the effects of polymerization degree of coronene molecules encapsulated in single-walled carbon nanotubes (SWNTs) (19,0) on their interfacial properties. The present results reveal that the interfacial properties of the formed heterojunctions are remarkably regulated by the polymerization degree. For example, monomer- and dimer-encapsulated SWNTs are type-I heterojunctions in which interfacial excitation energy transfer is preferred, whereas interfacial charge carrier transfer is favorable in trimer- and polymer-encapsulated SWNTs because they are type-II heterojunctions. On the other hand, we have employed the time-domain nonadiabatic dynamics simulation approach to explore the interfacial carrier dynamics in type-II polymer-encapsulated SWNT heterojunctions. It is found that the electron and hole transfer processes are asymmetric and occur in opposite directions and at different rates. The former takes place from polymers to SWNTs in an ultrafast way (ca. 370 fs), whereas the latter occurs slowly from SWNTs to polymers (ca. 24 ps). A closer analysis uncovers the fact that the different carrier transfer rates mainly originate from the different densities of the acceptor states, energy differences and inter-state couplings between the donor and acceptor states. Finally, the present work demonstrates that the polymerization degree could act as a new regulating strategy to tune the interfacial properties of molecule-encapsulated SWNT heterojunctions.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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