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【VASP計算】?AFM：界面電荷轉移提高(CoFe MTF)/Fe2O3的載流子復合壽命

構建異質結構光陽極是提高光電化學（PEC）性能的重要手段，但如何實現高效的界面電荷轉移是一個長期的挑戰。

基于此，清華大學朱永法教授和鄭州大學易莎莎副教授等人報道了一種由Fe-O-N/S鍵連接的CoFe金屬-硫化物骨架(CoFe MTF)/Fe₂O₃光陽極來調節載流子的行為，并改善水氧化性能。該界面鍵在Fe₂O₃和CoFe MTF的淺阱態之間起著直接電荷轉移的橋梁作用，導致載流子復合壽命延長，其中CoFe MTF/Fe₂O₃為85 ns，而Fe₂O₃為37 ns，并提高了電荷轉移效率。CoFe MTF/Fe₂O₃光陽極在水氧化方面表現出顯著的增強，導致光電流密度比原始Fe₂O₃增加三倍。

VASP解讀

通過DFT計算，作者研究了CoFe MTF/Fe₂O₃異質結構中CoFe MTF與Fe₂O₃之間的鍵合效果。從CoFe MTF/Fe₂O₃異質結構的電荷密度差看出，電子在O原子周圍的中心區域積聚，而在N和S原子附近發生電荷耗盡，表明了界面成鍵效應，電子從N和S原子轉移到O原子，削弱了Fe₂O₃界面上原有的Fe-O鍵，并導致MTF向Fe₂O₃輕微的電荷回給。因此，在CoFe MTF/Fe₂O₃光陽極內構建了有效的空間電荷轉移橋，從而獲得更有效的載流子轉移特性。

此外，投影態密度（PDOS）光譜和總態密度（TDOS）顯示出明顯的軌道重疊，可歸因于CoFe MTF/Fe₂O₃光電極中N（或S）和O原子之間的雜化。結構表明，在CoFe MTF和Fe₂O₃之間形成Fe-O-N/S鍵，可作為電荷轉移通道，促進它們在CoFe MTF/Fe₂O₃界面上的傳輸。

Interfacial Charge Transfer Bridge Prolongs Carrier Recombination Lifetimes of CoFe Metal-Thiolate Framework/Hematite Photoanode for Water Oxidation. Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202313767.

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