近日，大連化學(xué)物理研究所化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究中心分子光化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究組袁開軍研究員團(tuán)隊(duì)與北京航空航天大學(xué)李介博副教授等合作，利用飛秒時(shí)間分辨光譜，實(shí)現(xiàn)了MXene/分子復(fù)合體系界面熱電子和分子的超快動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)揭示了MXene表面熱電子直接轉(zhuǎn)移以及熱電子散射的超快過(guò)程，加深了對(duì)二維材料超短時(shí)間尺度動(dòng)力學(xué)的理解。
 

　　光驅(qū)動(dòng)的等離激元誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)是調(diào)控納米材料化學(xué)性質(zhì)的重要手段。從超快時(shí)間尺度上理解能量如何從金屬傳遞到附著在界面上的分子(電子轉(zhuǎn)移和熱傳遞)，對(duì)于調(diào)控反應(yīng)速率和反應(yīng)選擇性具有重要意義。當(dāng)光激發(fā)金屬時(shí)，電子能量超過(guò)其費(fèi)米能級(jí)，會(huì)產(chǎn)生高能電子(非熱化的熱電子，non-thermalized hot electron)。這些熱電子在百飛秒時(shí)間內(nèi)的電子-電子散射過(guò)程中持續(xù)存在，最終達(dá)到電子熱化狀態(tài)并遵循費(fèi)米-狄拉克分布。在金屬/分子復(fù)合體系中，分子可以作為受體，接受熱電子或熱晶格能量。
 

　　本工作中，團(tuán)隊(duì)利用飛秒時(shí)間分辨光譜研究了二維過(guò)渡金屬碳化物(MXene)與一系列染料分子復(fù)合體系，揭示了兩種不同的熱電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)表明，在MXene/亞甲基藍(lán)分子體系，熱電子不經(jīng)歷電子散射，直接從MXene轉(zhuǎn)移到附著的亞甲基藍(lán)分子；在MXene/羅丹明分子體系，熱電子主要通過(guò)界面電子散射，散射失去的熱能在約125飛秒內(nèi)轉(zhuǎn)移給羅丹明分子。改變激發(fā)波長(zhǎng)以及表面分子可以調(diào)控以上兩種熱電子弛豫通道。該研究為理解納米尺度界面的復(fù)雜能量傳輸過(guò)程提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，有望為設(shè)計(jì)更高效的能量轉(zhuǎn)換和光催化反應(yīng)系統(tǒng)提供指導(dǎo)。
 

　　相關(guān)成果以“Real-time observation of two distinctive non-thermalized hot electron dynamics at MXene/molecule interfaces”為題，于近日發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。該工作的第一作者是我所1117組博士后張琦。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心、中國(guó)科學(xué)院關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。(文/圖 張琦)