化学修饰策略用于调节方形SnO2纳米管的表面带弯曲特性和电子密度

《ACS Applied Nano Materials》：Chemical Modification Strategies to Tune the Surface Band Bending and Electron Density of Square SnO2 Nanotubes

表面修饰调控SnO?纳米管能带结构及其应用优化研究。通过电化学偶联、共价结合和硫磺化处理，利用同步辐射XPS表征发现，硝基苯基层和硫磺化可显著消除SnO?(110)表面的向下能带弯曲，而大多数膦酸分子仅对十八烷基膦酸产生明显影响。分隔符：

　　

SnO₂是一种宽带隙半导体，其表面特征是存在一种二维电子气。这种电子气形成于由电子能带的向下弯曲所形成的势阱中，而这种弯曲是由于表面存在类似施主的态引起的。这使得SnO₂对环境非常敏感，因为亲电分子（如O₂和H₂O）会被其富电子的表面所吸引。这在某些气体传感和催化应用中具有优势，但在其他用途（如紫外光探测器、透明电子器件和太阳能电池）中则成为问题。因此，调节SnO₂表面的能带弯曲和电子密度对于优化其在不同应用中的性能非常重要。在这项研究中，我们探讨了多种表面改性方法（如硝基苯层的电接枝、不同膦酸分子的共价结合以及硫化处理）对完美方形SnO₂纳米管表面能带弯曲的影响。这些纳米结构是一个有趣的测试对象，因为它们结合了非常强的二维电子气、高晶体质量以及较大的表面积与体积比（主要涉及SnO₂(110)表面）。我们利用同步辐射X射线光电子能谱技术发现，在特定条件下，电接枝的硝基苯层和Na₂S硫化处理几乎可以完全消除方形SnO₂纳米管的向下能带弯曲，从而形成电子能带几乎平坦的SnO₂(110)表面。尽管所有研究的膦酸分子都能与SnO₂纳米管发生共价结合，但它们对能带弯曲的影响可以忽略不计，唯有十八烷基膦酸显著增加了能带的向下弯曲程度。这些发现可能为SnO₂表面的双向调控提供有用的工具，以适应不同的应用需求。