近日，我所化学动力学研究室分子光化学动力学研究组（1117组）袁开军研究员团队利用飞秒时间分辨光谱，实现了对复合结构的二维过渡金属碳化物的动力学探测，结果表明其尺寸效应在电子—声子散射过程中发挥重要作用。
二维金属纳米材料的厚度小于载流子的平均自由程时，尺寸效应可能在载流子界面运输和能量传递过程发挥重要作用。时间分辨光谱研究表明，MXene材料的电子—声子相互作用发生在100飞秒以内，快于石墨烯、过渡金属硫化物和钙钛矿等二维材料。然而，当前对MXene电子—声子散射相关研究仅考虑体相散射，而忽略了表面散射效应。
本工作中，团队设计了厚度约1.8nm的金属/MXene和绝缘体/MXene复合结构片状材料，利用飞秒瞬态吸收光谱测量了其载流子动力学。结果表明，与MXene相比，绝缘体/MXene的电子弛豫动力学没有发生改变，而金属/MXene的电子弛豫明显变慢。这是因为金属/MXene的电子可以通过界面直接传输到金属，其电子—声子表面散射被削弱。定量分析发现，1.8nm厚度的MXene片状材料，约50%至70%的电子—声子散射过程发生在表面，阐明了MXene超薄材料的表面效应在电子—声子散射中发挥重要作用。此成果对理解二维材料相关的界面载流子和能量传输，以及实现高效能量转换具有重要意义。
相关成果以“Evidence of Surface-Mediated Carrier-Phonon Scattering in MXene”为题，于近日发表在ACS Nano上。该工作的第一作者是我所1117组联合培养硕士研究生赵杰和博士后张琦。该工作得到国家自然科学基金、基础科学中心、中国科学院关键技术研发团队等项目的资助。（文/图 赵杰、张琦）
