Interfacial interactions of doped-Ti3C2 MXene/MAPbI3 heterostructures: surfaces and the theoretical approach

文献情報

出版日 2023-11-17
DOI 10.1039/D3CP04018F
インパクトファクター 3.676
著者

Muhammad Abiyyu Kenichi Purbayanto, Arramel, Francesco Maddalena, Dorota Moszczyńska, Jessie Manopo, Dominik Kowal, Muhammad Danang Birowosuto, Agnieszka Maria Jastrzębska


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要旨

The work function (WF) of perovskite materials is essential for developing optoelectronic devices enabling efficient charge transfer at their interfaces. Perovskite's WF can be tuned by MXenes, a new class of two-dimensional (2D) early transition metal carbides, nitrides, and carbonitrides. Their variable surface terminations or the possibility of introducing elemental dopants could advance perovskites. However, the influence of doped-MXenes on perovskite materials is still not fully understood and elaborated. This study provides mechanistic insight into verifying the tunability of MAPbI3 WF by hybridizing with fluorine-terminated Ti3C2Tx (F-MXene) and nitrogen-doped Ti3C2Tx (N-MXene). We first reveal the interfacial interaction between MAPbI3 and MXenes via X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), and photoluminescence spectroscopy (PL). UPS supported by density functional theory (DFT) calculations allowed the description of the influence of F and N on MXene's WF. Furthermore, we developed MAPbI3/MXene heterostructures using F- and N-MXenes. The F-MXenes extended the most WF of MAPbI3 from 4.50 eV up to 3.00 eV, compared to only a small shift for N-MXene. The underlying mechanism was charge transfer from low WF F-MXene to MAPbI3, as demonstrated by PL quenching in MAPbI3/F-MXene heterostructures. Altogether, this work showcases the potential of fluorine-doped MXenes over nitrogen-doped MXenes in advancing perovskite heterostructures, thus opening a door for efficient optoelectronic devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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