通过表面锚定的Mo3S7纳米团簇调节MXenes中的非平衡电子-声子相互作用及能量弛豫过程

《Nature Communications》：Modulating nonequilibrium electron–phonon interactions and energy relaxation in MXenes by surface-anchored Mo3S7 nanoclusters

　　

摘要

电子-声子相互作用决定了MXenes的光诱导非平衡动力学过程，进而影响热载流子的弛豫以及寄生热量的积累。然而，通过化学手段有针对性地调控这些相互作用的方法，以及相关的机制研究，目前仍不够充分。在此，我们展示了通过表面锚定的Mo₃S₇纳米团簇有效调控Ti₃C₂T_x MXenes中的非平衡电子-声子相互作用，这些纳米团簇能够提供一条快速的能量收集途径，与原有的电子-声子弛豫过程形成竞争。通过温和的配体替换，Mo₃S₇纳米团簇可以通过Mo中心与O端基之间的配位键密集且均匀地锚定在Ti₃C₂T_x表面。飞秒瞬态吸收光谱和光学泵浦太赫兹探测光谱显示，这种非热电子和/或能量的提取速度极快，时间小于100飞秒，且提取效率从1.55?eV时的约28.6%提升到3.88?eV时的约38.2%。这种随激发能量变化的效率提升，是由于Ti₃C₂T_x中的热电子与Mo₃S₇的导带能级结构更加匹配所导致的。非热电子的竞争性消耗抑制了A_1g声子的激发，从而减少了有效的电子-声子相互作用。我们的研究为调控MXenes中的电子-声子相互作用提供了一种可行的方法，有助于改进下一代光电器件中的热载流子弛豫过程及热管理性能。