石墨烯涂层扩大了加速器的潜在用途

从材料中驱逐电子所需的能量是控制电子流的基本特性，也是器件设计中的关键考虑因素。传统上，改变这种特性需要找到适合特定应用的不同材料。

半导体上的绝缘体和石墨烯涂层会改变电子逃离材料所需的能量。该能量通常可以由照射该结构的光子提供。图片来源：南加州大学

然而，研究人员最近证明，对于特定的半导体，可以通过在半导体顶部应用由绝缘体和石墨烯组成的双层涂层来以电子方式调整该特性。通过在半导体和石墨烯之间施加电压，可以减少从材料中发射电子所需的能量。

影响

在许多电化学装置中，电子离开半导体并随后引发反应。这种新型双层涂层的引入有望通过降低释放电子所需的能量来增强这些设备。因此，它减少了发生反应所需的输入能量，从而有可能提高整体效率。

此外，负责加速电子束以产生电磁辐射的电子加速器也将从这种涂层中受益。发射点电子束的质量可以显着影响所生成辐射的特性，从而决定加速器的潜在应用。这种创新方法拓宽了这些加速器系统中可利用的来源范围。

概括

在这项研究中，南加州大学的研究人员通过在石墨烯和半导体上建立具有相反电荷的层，实现了调节排出电子所需的能量的能力。

该涂层包括位于半导体和石墨烯之间的薄绝缘层，每层都起着不同的作用。石墨烯层起到电极的作用，有利于在半导体和石墨烯之间施加电压，导致石墨烯上积累正电荷，半导体上积累负电荷。

绝缘体有助于最大限度地减少材料和石墨烯之间的电荷泄漏。当电子离开半导体并与单层石墨烯相互作用时，它可以离开系统而不会被“捕获”在石墨烯层内。与不使用涂层的情况相比，这种行为导致材料内电子的喷射能量减少。

这项研究得到了能源部(DOE) 科学办公室、基础能源科学、科学用户设施部门的部分支持，这项工作是在能源部科学用户设施办公室分子铸造厂进行的。

该研究的额外资金由美国化学会石油研究基金、国家科学基金会、陆军研究办公室、空军科学研究办公室和海军研究办公室提供。

期刊参考：

Chae, H. U., et al. (2021). Increasing the Hot‐Electron Driven Hydrogen Evolution Reaction Rate on a Metal‐Free Graphene Electrode. Advanced Materials Interfaces. doi.org/10.1002/admi.202001706.