Tuning the Work Function of MXene via Surface Functionalization

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作者
See Wee Koh,Lavie Rekhi,Arramel Arramel,Muhammad Danang Birowosuto,Quang Thang Trịnh,Junyu Ge,Wei Yu,Andrew T. S. Wee,Tej S. Choksi,Hong Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (49): 66826-66836 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acsami.3c11857
摘要

MXenes, a class of two-dimensional materials, have garnered significant attention due to their versatile surface chemistry and customizable properties. In this study, we investigate the work function (WF) tuning capabilities of MXene Ti3C2Tx, where Tx denotes the surface termination, synthesized via both conventional hydrogen fluoride-etched and recently reported molten salt-etched routes. When MXene samples are subjected to gas phase reactions, WF variations exceeding 0.6 eV are achieved, highlighting the potential for precise WF control. Notably, the WF increases from ∼4.23 eV (in N-doped MXene etched using molten salt) to ∼4.85 eV (N-doped MXene etched using HF). Complementary density functional theory (DFT) calculations reveal WF tuning across a >1 eV range via modification of the surface with different terminal groups (bare metal, F*, O*, N*, and Cl*). These changes in WF are attributed to surface termination modifications and the formation of TiO2 and TiN phases during annealing. DFT calculations further unveil an inverse correlation between the WF and the electron affinity of surface terminations. The findings from this comprehensive study provide insights into the tunable WF of MXenes, paving the way for their potential applications as interfacial layers in photovoltaic, energy conversion, and storage technologies.
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