Exploration of the origin of the excellent charge-carrier dynamics in Ruddlesden–Popper oxysulfide perovskite Y2Ti2O5S2

文献情報

出版日 2023-11-25
DOI 10.1039/D3CP02860G
インパクトファクター 3.676
著者

Qiaoqiao Li, Weibin Chu, Yi-min Ding, Luo Yan, Arup Neogi


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要旨

Although the efficient separation of electron–hole (e–h) pairs is one of the most sought-after electronic characteristics of materials, due to thermally induced atomic motion and other factors, they do not remain separated during the carrier transport process, potentially leading to rapid carrier recombination. Here, we utilized real-time time-dependent density functional theory in combination with nonadiabatic molecular dynamics (NAMD) to explore the separated dynamic transport path within Ruddlesden–Popper oxysulfide perovskite Y2Ti2O5S2 caused by the dielectric layer and phonon frequency difference. The underlying origin of the efficient overall water splitting in Y2Ti2O5S2 is systematically explored. We report the existence of the bi-directional e–h separate-path transport, in which, the electrons transport in the Ti2O5 layer and the holes diffuse in the rock-salt layer. This is in contrast to the conventional e–h separated distribution with a crowded transport channel, as observed in SrTiO3 and hybrid perovskites. Such a unique feature finally results in a long carrier lifetime of 321 ns, larger than that in the SrTiO3 perovskite (160 ns) with only one carrier transport channel. This work provides insights into the carrier transport in lead-free perovskites and yields a novel design strategy for next-generation functionalized optoelectronic devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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