Charge and Energy Transfer at Heterointerfaces of Inorganic and Organic Nanomaterials

Abstract

Charge and energy transfer (CT and ET) are key steps of many chemical and physical processes in various disciplines, including biology, chemistry, and physics. In this thesis, we fabricated heterostructures consisting of MoS2, one of the most representative two-dimensional semiconductors, and DY1, a florescent organic molecule, which was newly synthesized for blue-light organic light emitting diodes. We studied the photo-induced CT processes at MoS2/Au and DY1/Au interfaces. Au thin films reduced photoluminescence intensity from MoS2 flakes and DY1 assemblies. This indicated CT-mediated suppression of the radiative recombination in MoS2 and DY1. Surface photovoltage (SPV) mappings of the MoS2 flakes and the DY1 films visualized the photo-induced electron transfer from MoS2 and DY1 to Au under visible light illumination. The photoluminescence intensity from MoS2 at the DY1/MoS2 heterointerface was enhanced, compared with that from bare MoS2 flakes. The SPV mappings ruled out any CT process between DY1 and MoS2. These results suggested that the ET process (i.e, exciton transfer from DY1 to MoS2) occurred at the DY1/MoS2 heterointerfaces. The SPV mappings as well as the optical spectroscopy measurements enabled us to clearly reveal the CT and ET processes in MoS2- and DY1-based heterostructures. ;전하 및 에너지 전달(CT – charge transfer / ET – energy transfer)는 생물, 화학, 물리 등 다양한 학문 분야에서 다루는 화학적∙물리적 현상에서 근본적 과정에 해당한다. 본 논문에서는 가장 대표적인 2차원 반도체인 MoS2와 청색광 유기발광소자를 위해 새롭게 합성된 유기 발광 물질인 DY1으로 구성된 이종구조를 제작하였다. 우리는 MoS2/Au와 DY1/Au 계면에서 일어나는 광유도 CT 과정을 공부하였다. Au 박막으로 인하여 MoS2 단일층과 DY1 유기 분자의 PL (Photoluminescence) 세기가 감소하였다. 이는 CT로 인하여 MoS2와 DY1에서의 빛을 방출시키는 재결합 과정이 억제되었음을 의미한다. MoS2 단일층과 DY1 박막의 SPV (Surface photovoltage) 맵핑은 가시광선을 조사하였을 때에 MoS2와 DY1에서 Au로 광유도 전자 전달이 일어나는 것을 시각화하였다. DY1/MoS2 이종계면에서 MoS2의 PL 세기는 단일 MoS2에서의 PL 세기보다 증진되었다. SPV 맵핑을 통해 DY1과 MoS2 두 물질 계면에서 CT 과정 가능성은 배제할 수 있었다. 이 결과들은 DY1/MoS2 이종계면에서 ET(즉, DY1에서 MoS2로의 엑시톤 전달)가 일어났음을 말한다. 광학적 측정과 함께 SPV 맵핑을 통하여 MoS2와 DY1 기반의 이종구조에서 CT와 ET의 과정을 밝힐 수 있었다.